Physisorption gaz/solide et équation de B.E.T.

Résumé du document

L'enregistreur permet l'acquisition de la pression dans l'enceinte de mesure à l'aide d'un sorptomètre.

Avant toute mesure, il faut conditionner l'échantillon solide de charbon actif PICA, c'est-à-dire enlever toutes les impuretés qui pourraient occuper la surface active. Le solide possède en effet un grand nombre de pores, et ce sont ces pores qui constituent la surface dite active. On procède donc avant tout à un dégazage. Cela revient en fait à favoriser le phénomène de désorption. On soumet donc l'échantillon de charbon à une haute température, et à une basse pression (de l'ordre de bar).

On place l'échantillon de charbon actif PICA de masse m=0.3 g, dans l'enceinte de mesure. Celle-ci est placée dans une cuve contenant de l'azote liquide afin d'être maintenue à température constante, à savoir T=77 K. Le diazote liquide de la cuve a tendance s'évaporer, c'est pourquoi il existe un système permettant de compenser en permanence la quantité de N2 qui s'évapore, afin de maintenir une température constante dans l'enceinte de mesure (...)

Extraits

[...] L'isotherme d'adsorption peut s'écrire, sous forme linéarisée, selon l'expression suivante, appelée équation de B.E.T. : où qm est la quantité de matière de N2 adsorbée dans la monocouche. On établit cette expression sous certaines hypothèses, qui sont : - l'uniformité de la surface du solide. - l'absence d'interactions latérales entre molécules adsorbées. - l'identité de la condensation sur les sous-couches avec celle sur le liquide pur. Cependant, l'équation de B.E.T. n'est généralement applicable que pour des pressions allant de 0 à 0.3 ×P0. [...]

[...] On considère qu'à l'équilibre, la pression est homogène dans la cellule. On peut alors appliquer la loi des gaz parfaits dans ces éléments de volume Vi . α est une constante de la cellule. Pour la mesurer, on utilise, en théorie, un gaz qui ne s'adsorbe pas, l'helium. Dans notre cas, on utilise du N2 dans la même cellule, mais en l'absence de l'échantillon-solide, et on injecte une quantité connue de gaz. Ces mesures, ayant déjà été effectuées, on peut tracer ngaz = f(P). [...]

[...] Il convient de ne pas confondre physisorption et chimisorption. En effet, pour cette dernière, de véritables liaisons covalentes se forment, alors que dans le cas de la physisorption, il y a formation de liaisons faibles, du type Van der Walls. Nous allons tracer l'isotherme d'adsorption de l'azote (adsorbat) sur le charbon, à l'aide d'on sorptomètre automatique. Nous tâcherons par la suite, de déterminer la valeur de l'aire spécifique du charbon PICA, en exploitant l'équation de B.E.T ) PRINCIPE DE LA MANIPULATION On a pour but de tracer l'isotherme d'adsorption , où qads est la quantité d'azote adsorbée, et P est la pression à l'équilibre dans l'enceinte de mesure, où se trouvent le charbon actif et l'adsorbat. [...]

[...] b ) Exploitation des mesures On peut à présent tracer qads = dans la mesure où on connaît qads = ntotal α×P On obtient les résultats suivants et: On constate que l'on obtient bien une isotherme d'adsorption de type II, caractéristique d'une macroporosité au niveau de la surface de l'échantillon (pores de diamètre supérieure à 50 nm). Elle ressemble à l'isotherme de Langmuir aux faibles pressions, puis un excès d'adsorption apparaît et se développe jusqu'au moment où on atteint la condensation. D'autre part, on peut relever la valeur de Po, correspondant à la dernière valeur de P relevée. [...]

[...] Le système d'acquisition permet de mesurer la pression à l'équilibre dans la cellule après chaque injection d'une quantité connue de N2. Après chaque injection, on enregistre un pic de pression dans la cellule. Au fur et à mesure de l'adsorption du N2 sur le charbon, la pression diminue jusqu'à atteindre la pression d'équilibre. Lorsque celui-ci est atteint, on commande une nouvelle injection. L'adsorption est maximale, lorsque la pression d'équilibre atteint la pression de saturation de l'azote sous T = 77 K. On a alors P = P0. [...]