Глава 02.5 Теория гистерезиса

Обычно в пористых телах полимолекулярная адсорбция ос­ложняется капиллярной конденсацией. Происходит заполнение жидкостью пор адсорбента. Капиллярная конденсация происхо­дит только тогда, когда жидкость смачивает поры адсорбента. Образуется при этом вогнутый мениск. Давление пара над ним в соответствии с законом Лапласа меньше, чем над плоской поверхностью. Пар, еще не достигший насыщения над плоский поверхностью жидкости, может уже конденсироваться над вогнутой поверхностью жидкости в капилляре. Характер проте­кания капиллярной конденсации, а следовательно, и вид изо­терм сорбции зависит от радиуса пор r и давления или влаж­ности воздуха. В соответствии с формулой Томсона — Кельвина максимальный радиус капилляров, в которых произойдет капил­лярная конденсация, определится [42] как

При адсорбции, сопровождаемой капиллярной конденсацией, часто сорбционная и десорбционная ветви изотермы не совпада­ют, т. е. наблюдается явление гистерезиса (рис. 1.7).

Теория гистерезиса в настоящее время не завершена. Сог­ласно мнению ряда ученых, гистерезис вызывается порами бу­тылкообразной формы; конденсация в таких порах происходит при давлении пара, соответствующем широкому радиусу, а опо­рожнение— узкому. Десорбционная ветвь при этом смещается в область более низкой равновесной относительной влажности ф (при одинаковой величине U_p). В некоторых случаях гистерезис объясняется различием давлений пара над вогнутым и выпук­лым менисками (соответственно при конденсации и испаре­нии), что вызывает сдвиг изотермы десорбции в сторону мень­шего относительного давления пара. В отношении поверхност­ных явлений различие гистерезисных петель по форме М. М. Дубинин [25] связывает со структурой материалов и их особен­ностями.

 Различают пять типов петель гистерезиса (рис. 1.8), каждый из которых объясняется определенным образом: а — наличием открытых с обоих концов капилляров, имеющих различные кон­фигурации поперечного сечения; б — капиллярной конденсацией в порах, имеющих форму параллельных пластинок; в — нали­чием сфероидальных, сквозных и замкнутых бутылкообразных пор и конусных пор с непрерывно изменяющимся радиусом;. г — присутствием неоднородных капилляров с узкими, коротки­ми горловинами и широкой полостью; д — наличием цилиндри­ческих пор с узкими перетяжками и особого вида бутылкооб­разных пор.

Таким образом, изотермы сорбции-десорбции дают инфор­мацию о внутренней структуре материала, виде связанной влаги и форме пор.