Porenstruktur und Adsorptionsverhalten von Tonmineralen

Bojemüller, Enno

In der vorliegenden Arbeit wurden montmorillonithaltige Tonminerale bei verschiedenen Temperaturen kalziniert um die Porenstruktur und das Adsorptionsverhalten zu beeinflussen. Die spezifische Oberfläche und das Porenvolumen wurden mittels Stickstoffadsorptionsmessungen bestimmt. Weiterhin konnte die Textur der Tonminerale durch Erzeugung von Hybridmaterialien unter Verwendung elektrostatisch stabilisierter Latexdispersionen soweit verändert werden, dass die für Tonminerale typische Hysterese der Stickstoffadsorptionsisothermen unter Durchlaufen vollständiger Reversibilität in die Isothermen hochporöser Netzwerke übergingen. Die Adsorptionsfähigkeit für verschiedene Alkohole konnte parallel zum Mikroporenvolumen gesteigert werden. Aus den Gewonnenen Ergebnissen können folgende Hauptaussagen getroffen werden: 1. Stickstoffadsorptionsmessungen an Tonmineralen sind in starkem Maße abhängig von der Vorbehandlung. 2. Die Textur des Montmorillonits ist labil und sehr leicht zu verändern. Schon durch Stickstoffadsorptions- und Desorptionsmessungen können Veränderungen in der Lamel-lenan-ordnung auftreten. 3. Stickstoff wandert bei Adsorptionsmessungen in die Tonminerallamellen und dringt in gewissem Maße auch in die Schichtzwischenräume ein. Der Effekt ist abhängig von der Schichtladung und den Gegenionen. Die auftretenden Hysteresen sind kein Zeichen für Poren, sondern resultieren aus dem in den Lamellen und zwischen den Schichten zurückgehaltenem Stickstoff. Der Hystereseschluss tritt durch Erreichen eines kritischen p/p° Verhältnisses auf, an dem der quasiflüssige Stickstoff in den gasförmigen Zustand übergeht. 4. Die Menge des zwischen den Montmorillonitschichten eingelagerten Stickstoffs ist stark abhängig von der Gleichgewichtszeit der Adsorptionsmessung. Die Hysterese kann in Form und Fläche variieren. 5. Die in den Gasadsorptionsmessungen in Erscheinung tretenden Adsorptionsstellen sind neben echten Mikroporen die nicht mit Gegenionen gefüllten bitrigonalen Hohlräume als Hochenergieadsorptionszentren. 6. Die Montmorillonitlamellen können durch Verwendung von Latices weitestgehend delaminiert und in eine Struktur mit großem Porenvolumen überführt werden. Erreichbar ist eine maximale BET-Oberfläche von etwa 200 m²/g. Die Stickstoffadsorptions-isotherme der Hybridmaterialien wandelt sich mit geringer werdendem Montmorillonit-anteil nach der Kalzinierung von einer typischen IIb Form mit H3 Hysterese unter Durch-laufen vollständiger Reversibilität in eine durch die ungeordneten Plättchen hervorge-rufene und durch Netzwerkfiltereffekte bewirkte Hysterese um.

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Bojemüller, Enno: Porenstruktur und Adsorptionsverhalten von Tonmineralen. 2003.

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