Effects of potential models on nitrogen adsorption on triangular pore: An improved mixed model for energetic characterization of activated carbon

Studies of the importance of shape considering both adsorption molecule and pore geometry were performed by Monte Carlo simulation in grand canonical ensemble (GCMC) for activated carbons (AC). The effects on adsorption capacity and isosteric heat were investigated in different pore sizes using a pseudo-sphere model and a multi-site potential (elongated shape) on triangular-shaped pore. The triangular geometry was considered as a need to allow for the simultaneous interaction of an adsorbed molecule with three graphite walls to account for the high values observed in the isosteric heat of adsorption at low pressures. Kernels of adsorption isotherms were generated by GCMC for different pore sizes considering two potential models for the determination of pore size distribution that allows for the characterization of various micro and mesoporous solids. We propose using a mixed geometry model (slit-triangular) and an elongated molecule potential to characterize activated carbons. The model is used to characterize a family of AC samples both texturally and energetically. The isosteric heat of adsorption was determined from the experimental isotherm by Monte Carlo simulation and the results were contrasted with experimental data obtaining a good agreement. In addition, the work reports the interesting result on the need to use multi-atom potential (together with the mixed model) to predict heat of adsorption values of the order of those reported experimentally.Fil: Delgado Mons, Rodrigo Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Toso, Juan Pablo. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Soares Maia, Debora Aline. Universidade Estadual do Ceará; BrasilFil: López, Raúl Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Problemas y soluciones de mecánica estadística en equilibrio

Este obra presenta una colección de problemas de Mecánica estadística en el equilibrio, está dividida en cinco capítulos. Los primeros tres destacan los fundamentos de los ensambles microcanónicos, canónicos y canónicos generalizados sentando las bases teóricas fundamentales de cualquier desarrollo posterior que los utilice como marco de referencia. Una vez estudiados los sistemas de partículas clásicas se pasa al desarrollo del equilibrio entre fases y especies químicas y, finalmente, al estudio de sistemas de partículas cuánticas. La fuente principal de los enunciados propuestos en los diferentes ejercicios puede ser encontrada en el libro de texto “Elementos de Mecánica Estadística” de Giorgio Zgrablich, sin embargo, algunos de estos enunciados también se encuentran en otros libros de Mecánica Estadística como: “Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics” de Callen, Herbert B. y “Fundamentals of Statistical and Thermal Physics” de Reif, F. Los problemas se ofrecen resueltos con toda puntillosidad y detalle brindando la posibilidad al estudiante de cotejar la teoría aprendida en una aplicación práctica, la más de las veces de interés propio.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Random sequential adsorption of polyatomic species on fractal substrates

Random sequential adsorption of k -mers of different sizes and shapes deposited on two types of fractal surfaces (deterministic and statistical) is studied. These kinds of substrates present intrinsic heterogeneities. As a consequence, the average coordination number depends on the topology that characterizes the adsorbent. For discrete models, at the late stage the surface coverage evolves according to θ ( t ) = θ j − A exp [ − t σ ] , where θ j is the jamming coverage while A and σ are fitting parameters. A detailed analysis of how these main quantities [ θ j , σ ] depend on the relationship between the geometry of the adsorbate and the adsorbent is presented. The results obtained suggest that the symmetry of the substrate may exert a decisive influence on the adsorption kinetics of polyatomic species.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: Nieto, F.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; Argentin

Dependence of the percolation threshold on the size of the percolating species

Site and bond percolation of k-mers of different structures and forms deposited on 2-D regular lattices is studied. In addition, the percolation threshold for percolating k-mers on a Bethe lattice is analytically obtained. By using finite-size scaling theory, the analysis of the results is performed in order to determine the behavior of the percolation threshold which exhibits an exponential decrease with the k-mer size. Characteristic parameters of that function are dependent not only on the form and structure of k-mers but also on the properties of the lattice where they are deposited. An expression for the percolation threshold as a function of the parameters of the problem is proposed and discussed.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Nieto Quintas, Felix Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Adsorption of interacting monomers on spanning clusters of polyatomic species

The adsorption-desorption process occurring on heterogeneous surfaces is studied by considering a special case where a fractal is used as adsorbent. The fractal surface is the spanning cluster corresponding to the random deposition of objects that occupy more than one site (k-mers) on a square lattice. Such a surface is characterized according to the deposited k-mer. Then, the adsorption of repulsively interacting particles adsorbed on the fractal surface is studied by using Monte Carlo simulations. Different thermodynamic quantities (adsorption isotherms, coverage susceptibility, etc.) are calculated and explained in terms of the characteristics of the substrate. A scheme to characterize the structure of the substrate by just considering the adsorption isotherm is presented and discussed.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Nieto Quintas, Felix Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Characterization of nanostructured carbon CMK-3 by means of Monte Carlo simulations

A structural model of mesoporous carbon (CMK-3) prepared from the templating of SBA-15 silica materials named M_CMK3 and a mixed geometry model, representing the porous space as a collection of slit, cylindrical and M_CMK3 pores, is theoretically evaluated, developed and applied to the characterization of an experimental sample [1]. By using the Monte Carlo simulation method (off lattice), families of N2 adsorption isotherms are generated for cylindrical, slit and M_CMK3 geometries corresponding to different pore sizes. Then, the three geometric families of isotherms (kernels) are used to fit the experimental N2 adsorption data corresponding to CMK-3 materials, allowing for the determination of the micro and mesopore volume and the corresponding Pore Size Distribution (PSD). The same experimental data were fit using different mixed geometry models, and from the analysis of the effect of different kernels on the resulting PSD, it is concluded that the proposed mixed geometry model can capture in more detailed the textural and energetic features of nanostructured carbon CMK-3. Finally, using a virtual solid and pseudo-experimental adsorption data, the importance of the pore geometry and its effects on the PSD and isosteric enthalpy of adsorption are studied.Fil: Yelpo, Victor Antonio. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Toso, Juan Pablo. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: López, Raúl Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Diffusion-limited aggregates grown on nonuniform substratres

In the present paper, patterns of diffusion-limited aggregation (DLA) grown on nonuniform substrates are investigated by means of Monte Carlo simulations. We consider a nonuniform substrate as the largest percolation cluster of dropped particles with different structures and forms that occupy more than a single site on the lattice. The aggregates are grown on such clusters, in the range the concentration, p, from the percolation threshold, pc up to the jamming coverage, pj. At the percolation threshold, the aggregates are asymmetrical and the branches are relatively few. However, for larger values of p, the patterns change gradually to a pure DLA. Tiny qualitative differences in this behavior are observed for different k sizes. Correspondingly, the fractal imension of the aggregates increases as p raises in the same range pc ≤ p ≤ pj. This behavior is analyzed and discussed in the framework of the existing theoretical approaches.Fil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Centres, Paulo Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Nieto Quintas, Felix Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentin

Binary gas mixture adsorption-induced deformation of microporous carbons by Monte Carlo simulation

Considering the thermodynamic grand potential for more than one adsorbate in an isothermal system, we generalize the model of adsorption-induced deformation of microporous carbons developed by Kowalczyk et al. [1]. We report a comprehensive study of the effects of adsorption-induced deformation of carbonaceous amorphous porous materials due to adsorption of carbon dioxide, methane and their mixtures. The adsorption process is simulated by using the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) method and the calculations are then used to analyze experimental isotherms for the pure gases and mixtures with different molar fraction in the gas phase. The pore size distribution determined from an experimental isotherm is used for predicting the adsorption-induced deformation of both pure gases and their mixtures. The volumetric strain (ε) predictions from the GCMC method are compared against relevant experiments with good agreement found in the cases of pure gases.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Alexandre de Oliveira, José Carlos. Universidade Estadual do Ceará; BrasilFil: Yelpo, Victor Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Azevedo, Diana. Universidade Estadual do Ceará; BrasilFil: López, Raúl Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin

Why the pore geometry model could affect the uniqueness of the PSD in AC characterization

In this paper we discuss why the pore geometry can affect the unicity of the pore size distribution (PSD) of a given activated carbon (AC) sample, when different probe gases are used in adsorption measures. In order to characterize the solid sample we used grand canonical Monte Carlo simulation and the independent pore model with slit or triangular pore geometry, focusing our analysis on the possibility of representing the adsorptive processes of a triangular pore of defined size by means of a combination of slit pores of different sizes. This representation is tested on experimental adsorption data of N2 (77 K) on AC samples and acceptable results were obtained. Finally, we have performed a theoretical test, which consisted of analyzing a virtual porous solid with this approach and different probe gases (N2 at 77 K and CO2 at 273 K), showing that the differences between the pore representations can cause differences between the solid representations for the adsorptive properties, for these different gases. The analysis presented here can be extended to other pore geometries and other adsorbates, and provide arguments to further explain results presented in our previous paper, which refers to cases when different adsorbates yield different PSDs for a given sample and the same pore geometry model.Fil: Toso, Juan Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Yelpo, Victor Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Alexandre de Oliveira, José Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada ; Argentina. Universidade Estadual do Ceará; BrasilFil: Azevedo, D.C.S.. Universidade Estadual do Ceará; BrasilFil: López, Raúl Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentin

Insensitivity in the pore size distribution of ultramicroporous carbon materials by CO2 adsorption

Accurate quantification of ultramicropores is critical to optimizing and understanding the performance of carbon materials in many applications. The pore size distributions (PSD) were calculated from the CO2 adsorption isotherms by Non-local Density Functional Theory (NLDFT) and Grand Canonical Monte Carlo simulations (GCMC). The PSDs obtained using a pseudo-spherical potential for CO2 interaction have the same qualitative behavior, reporting several peaks in the ultramicroporous region. These results contradict the hypothesis that highly disordered microporous carbon materials have a widely distributed PSD without sharp spikes. In this work, we investigate the insensitivity in the characterization of different microporous materials and the origin of the artificial gaps that arise in models with pseudo-spherical potential (NLDFT and GCMC). Furthermore, we study the characterization of these materials using Monte Carlo simulations, which incorporate the multi-site model potential achieving improved PSDs.Fil: Cornette, Valeria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Villarroel Rocha, Jhonny. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Sapag, Manuel Karim. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Delgado Mons, Rodrigo Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Toso, Juan Pablo. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: López, Raúl Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin