Metodo NLDFT/GCMC Cosa rende entrambi i metodi così speciali?

I metodi NLDFT (Non Localized Density Functional Theory) e GCMC (Grand Canonical Monte Carlo method) sono stati sviluppati come metodo di valutazione della distribuzione granulometrica dei pori nei materiali porosi. Questi metodi descrivono perfettamente l'adsorbimento dell'adsorbente ai materiali porosi e sono utili per l'analisi di micropori e mesopori. NLDFT / GCMC possono analizzare la distribuzione delle dimensioni dai micropori ai mesopori come una teoria unificata, offrendo un incredibile vantaggio ed accuratezza rispetto ad altre teorie sulle analisi granulometriche dei pori.
La caratteristica principale dei metodi NLDFT / GCMC consiste nel fatto che entrambi possono descrivere la variazione graduale della densità dell'adsorbato vicino alla parete dei pori, mentre la teoria classica (equazione di Kelvin) assumeva solo che la densità fosse la stessa dello stato liquido.

Come mostra il grafico, la densità dell'adsorbato è elevata vicino alla superficie solida e viene modificata con una certa frequenza a causa dell'interazione tra gli atomi di superficie e l'adsorbato. Il 1 ° e il 2 ° strato di adsorbimento vengono stabiliti a causa della pressione crescente e, quando viene stabilito il 4 ° strato, c'è un'interazione molto debole dagli atomi della parete dei pori. Il 4 ° strato viene analizzato per essere nella densità del liquido sfuso a causa dell'interazione della molecola di adsorbato.

Nel metodo NLDFT / GCMC, è necessario selezionare la struttura dei pori (Fessura / Cilindrica) e i parametri adsorbenti (N2 / Ar / CO2, Carbonio / Ossigeno). L'isoterma di adsorbimento teorico viene creato utilizzando questi parametri scelti.

Come mostrato nel grafico, la pressione di condensazione aumenta con la dimensione dei pori. Nella simulazione, l'isoterma di tipo I è mostrata nella gamma microporosa e l'isoterma di tipo IV è mostrata nella gamma mesoporosa. Il cambio di isoterma in base alla dimensione dei pori è ben riprodotto. Il punto interessante è che l'isoterma simulata viene creata quando la dimensione dei pori è inferiore alla dimensione della molecola del gas e la pressione relativa di condensazione è maggiore di quella della dimensione maggiore dei pori. Ciò significa che se la dimensione molecolare del gas è vicina alla dimensione dei pori, le molecole di gas possono adsorbire nel poro solo a pressione più elevata. Un altro punto interessante è che la simulazione mostra che al di sopra di una dimensione dei pori di pochi nm, viene stabilito prima l'adsorbimento del monostrato e poi la condensazione nel poro. Questi fenomeni non sono espressi nelle teorie classiche come l'equazione di Kelvin e altre potenziali teorie. Questo è il motivo per cui si ritiene che il metodo NLDFT / GCMC sia la teoria migliore per esprimere lo stato di adsorbimento sui materiali.

La distribuzione granulometrica per i pori a forma di fessura viene calcolata integrando la distribuzione delle dimensioni dei pori presunta f (H) e l'isoterma teorica ρ (P, H) che è chiamata Equazione di adsorbimento integrato IAE.

Il software calcola la curva di distribuzione della dimensione dei pori adattando le isoterme IAE a quelle sperimentali e minimizzando la deviazione.

Un aspetto importante della teoria NLDFT / GCMC risiede nel calcolo. Mentre le altre teorie classiche di analisi della dimensione dei pori calcolano la directory di distribuzione della dimensione dei pori dall'isoterma sperimentale e da questo calcolo il risultato dell'analisi è sempre lo stesso, la teoria NLDFT / GCMC presuppone la distribuzione della dimensione dei pori e ottiene prima l'isoterma IAE, quindi adatta l'isoterma IAE all'isoterma sperimentale. Pertanto, è possibile che il risultato dell'analisi venga modificato a causa dell'algoritmo di adattamento del software. A causa di questo comportamento, si consiglia di verificare la validità del risultato dell'analisi confrontando il risultato di adattamento delle isoterme IAE e di quelle sperimentali utilizzando altre informazioni sperimentali (TEM, XRD e altri). Per essere più precisi, se non ci sono informazioni sulla struttura dei pori del materiale, si consiglia di utilizzare il metodo classico. Se la struttura dei pori del materiale è nota e, inoltre, si adatta bene all'assunzione della teoria NLDFT / GCMC, è meglio usare la teoria NLDFT / GCMC. I grafici mostrano l'isoterma di Ar (87 K) della miscela ZSM-5 e MCM-41 (rapporto 3 a 1) e la distribuzione della dimensione dei pori ottenuta da NLDFT.