Non-Fickian diffusion of methanol in mesoporous media: Geometrical restrictions or adsorption-induced?

指数 介孔材料 传质 多孔介质 解吸 甲醇 材料科学 扩散 反常扩散 吸附 菲克扩散定律 多孔性 热力学 介孔二氧化硅 化学 物理 物理化学 复合材料 创新扩散 有机化学 催化作用 计算机科学 哲学 语言学 知识管理
作者
Alexey Zhokh,P. E. Strizhak
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:146 (12) 被引量:34
标识
DOI:10.1063/1.4978944
摘要

The methanol mass transfer in the mesoporous silica and alumina/zeolite H-ZSM-5 grains has been studied. We demonstrate that the methanol diffusion is characterized as a time-fractional for both solids. Methanol transport occurs in the super-diffusive regime, which is faster comparing to the Fickian diffusion. We show that the fractional exponents defining the regime of transport are different for each porous grain. The difference between the values of the fractional exponents is associated with a difference in the energetic strength of the active sites of the surface of the media of different chemical nature as well as the geometrical restrictions of the porous media. Increasing by six-fold, the pore diameter leads to a 1.1 fold increase of the fractional exponent. Decreasing by three-fold, the methanol desorption energy results into the same increasing the fractional exponent. Our findings support that mainly the adsorption process, which is defined by the energetic disorder of the corresponding surface active sites, is likely to be the driving force of the abnormality of the mass transfer in the porous media. Therefore, the fractional exponent is a fundamental characteristic which is individual for each combination of the porous solid and diffusing species.

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