Poreigenschaften

Poreigenschaften beschreiben die geometrischen und physikalischen Merkmale der Poren eines festen Materials. Sie bestimmen, wie Gase, Flüssigkeiten und Dampf in dem Material transportieren, wie viel Raum für Speicherung vorhanden ist, und wie Reaktionen und Adsorption ablaufen.

Wichtige Kenngrößen sind Porosität (verhältnis des Porenvolumens zum Gesamtvolumen), Porenvolumen, die Porengrößenverteilung, die spezifische Oberfläche, die Form und Geometrie der Poren, die Durchgängigkeit (Pore connectivity) sowie die Tortuosität des Porennetzes. Zusätzlich spielt die Permeabilität und die Kapillarität eine Rolle.

Nach IUPAC werden Poren üblicherweise in Mikroporen (<2 nm), Mesoporen (2–50 nm) und Makroporen (>50 nm) eingeteilt. Die Begriffe Pore body und Pore throat beschreiben unterschiedliche Regionen im Porennetz; die Transportmechanismen können von Grobkanalfluss bis zu Knudsen-Diffusion wechseln.

Charakterisiert werden die Poreigenschaften mit verschiedenen Methoden. Die Gasadsorption (BET) und N2-Sorption liefern Größe und Oberfläche; Quecksilberintrusion porosimetrie ermittelt Verteilungsbereiche über größere Poren. Bildgebende Verfahren wie Röntgen- oder Elektronenmikroskopie sowie Mikrotomografie ermöglichen reale Netzwerke, während SAXS und kleine-Angle Scattering Strukturen im nanoskopischen Maßstab erfassen.

Poreigenschaften beeinflussen maßgeblich Transportprozesse, Speichervermögen und Reaktionskinetik. In Katalysatoren optimieren sie die Verteilung aktiver Zentren, in Adsorptionsmedien die Aufnahmekapazität, in geologischen Medien die Hydraulik und im Energiesektor Diffusion, Kapazität und Druckverlust.

Die Modellierung von Porenstrukturen nutzt Porennetzwerkmodelle, statistische Verteilungen und Dichtematrizen, um Transport und Reaktion abzuschätzen. Unterschiede zwischen Materialien erfordern oft spezifische Charakterisierung, um Verhalten unter Betriebsbedingungen vorherzusagen.