多孔質粒子内拡散
diffusion in porous particles
多数の細孔を有する粒子が流体中に存在するとき,流体本体から分子が粒子細孔内の空間(気相あるいは液相)へ拡散する細孔拡散,および細孔の内部表面に到達して吸着した分子が表面を移動する表面拡散の,両者を含む拡散現象。
細孔拡散は,細孔径が分子の平均自由行程より十分大きければ通常の分子拡散($D$:拡散係数),小さければクヌーセン拡散($D_{\mathrm{KA}}$:拡散係数)が支配的となるが,通常の多孔質粒子はマクロ細孔とミクロ細孔を有するため両者を考慮した総括拡散係数,$D_{0}$,
$$
\frac{1}{D_{0}} = \frac{1}{D} + \frac{1}{D_{\mathrm{KA}}}
$$
を用いる必要がある。さらに,粒子単位外表面積当たりの,粒子内部への有効拡散速度は,開気孔率と細孔の屈曲度合いに支配される。両者を考慮した有効拡散係数($D_{\mathrm{pe}}$)は,粒子の開口細孔率($\varepsilon_{\mathrm{p}}$)と屈曲係数($k^{2}$)を用いて,
$$
D_{\mathrm{pe}} = \frac{\varepsilon_{\mathrm{p}}}{k^{2}}D_{0}
$$
で計算される。
一方,表面拡散量は,表面から内部への吸着量差に比例し,拡散係数は吸着した分子は均質な固体であるとして固相表面拡散係数を用いて解析するのが一般的である。しかし,拡散係数は一般に吸着量によって変化し,吸着した分子層は均質でなく表面拡散の効果を評価するのは困難がともなう。
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細孔,気孔率,クヌーセン拡散
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