AN667 – UNIQUE COUPLING BETWEEN μDSC AND VOLUMETRY

CO2-ADSORPTION BEI BASOLITE C300 DURCH VERKOPPELTE VOLUMEN – ΜDS

Metallorganische Gerüste (MOFs) bieten einen Vorteil gegenüber anderen klassischen Materialien (Aktivkohle, Zeolithe), da ihre Eigenschaften auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten werden können. Heute werden diese Strukturen für vielfältige Anwendungen bei der Gasadsorption in Betracht gezogen, wie Wasserstoffspeicherung, selektive Adsorption von CO2 gegen CH4, CO2 gegen H2. Das Cu-BTC (Abb. 2) wird als Beispiel für ein metallorganisches Gerüst gewählt, das im Rahmen der technischen Kalorimetrie und der Wärmestromkalorimetrie von Sievert im Handel erhältlich ist.

AN667-1Figure 1. Up: Druck im Verhältnis zur Zeit während des CO2-Adsorptionsexperiments. Zu Beginn eines jeden Aliquots ist der Schritt die Messung des Drucks im Verteiler. Down: Kalorimetrisches Wärmestromsignal über der Zeit. Jeder exotherme Peak entspricht der Adsorption einer Gasdosis.

AN667-2Abbildung 2. Basolite C300 Cu-BTC

Experimenteller

CO2 adsorption into Basolite C300 was measured at -20°C, 30°C and 50°C using a PCTPro-E&E Sievert’s apparatus coupled with a μDSC7 evo. Gas density temperature correction was performed by measuring the apparent free gas volume at these temperatures. Understanding the thermodynamics of the adsorption is essential for the practical application and among all the enthalpy of adsorption (or desorption) it is a key parameter.
There are two ways to determine this enthalpy. The first one is an indirect method, where the enthalpy is derived from adsorption isotherms at different temperatures. The second one is a direct method, where the enthalpy is measured via a calorimetric technique. The biggest disadvantage of this technique is that it gives a result per mole of solid sample and not per mole of gas. The combination of manometric technique (to quantify the amount of hydrogen absorbed/released) and calorimetry overcomes this issue and the direct measurement of enthalpy of formation per mole of gas is presented here (figure 1.).

 

RESULTS AND CONCLUSIONS

Coupling allows the access to a full characterization of the adsorption: adsorption isotherms (fig 3.),integral heats of adsorption (fig 4.), isoteric heat of adsorption (fig 5.), differential heat of adsorption as a function of the adsorbed amounts (fig 6.). The isosteric heat of adsorption is obtained by indirect methods by using the isotherms at different temperature. It gives the heat of adsorption at a specific coverage. It is obtained according to:

AN667-3

The differential heat of adsorption is the energy release during the adsorption for a infinitely small quantity of adsorbent. It depends on the adsorbed quantity of the gas. Practically this value is very important. It is this value that is used for the calculation of the sorption installations.

AN667-4

Die Kombination aus PCTPro-E & E und μDSC7 evo ist eine ideale Technik zur detaillierten Charakterisierung von Materialien mit großer Oberfläche, die bei der Gassorption verwendet werden. Die Benutzerfreundlichkeit und der Temperaturbereich von CO2-Sorptionsstudien.

AN667-5

 

 

 

 

Figure 3. CO2-Adsorptionsisotherme bei -20, 30, 50 ° C

AN667-6Figure 4. Gesamtwärmeisotherme bei -20, 30, 50 ° C.
Es ist die Summe aller Adsorptionswärme gegen Druck 30, 50 ° C
AN667-7
Figure 5. Isosterische Adsorptionswärme im Verhältnis zur Oberflächenbedeckung
AN667-8
Figure 6. Unterschiedliche Adsorptionswärme gegenüber der
ormalisierten CO2-Konzentration