The effect of crystallite shape and size distribution on diffusion measurements in molecular sieves

The problem of calculating the diffusivities of gases in molecular sieves from experimental sorption curves is discussed. Commercial molecular sieve pellets contain zeolite crystallites of various sizes and it is shown that both the shape and the size distribution of the crystallites have significant effects on the sorption curves. For this type of system it is not possible to calculate reliable values of diffusivities using a mean equivalent spherical radius and in order to interpret the sorption curves correctly detailed knowledge of the crystallite shape and size distribution is required. Systems containing spherical and cubic particles are considered in detail and generalized sorption curves showing the effect of particle size distribution are presented. Experimental crystallite size distribution measurements are used to interpret typical sorption data for Linde 5A molecular sieve. The solution of the diffusion equation, modified to take account of the particle size distribution, fits the experimental data well suggesting that the basic assumption of Fickian diffusion is justified. It is suggested that some of the apparent anomalies in reported diffusivity data for molecular sieves may in fact be due to the neglect of the effects of crystallite shape and size distribution. On discute du problème du calcul des diffusivités de gaz dans des cribles moléculaires , à partir de courbes de sorption expérimentales. Les pastilles commerciales des cribles moléculaires contiennent des cristallites zéolite de grosseurs variées et on montre que la forme et la distribution de la grosseur des cristallites ont des effets significatifs sur les courbes de sorption. Pour ce type de système, il n'est pas possible de calculer des valeurs sûres de diffusivité à partir d'un rayon sphérique moyen équivalent et, en vue d'interpréter les courbes de sorption, une connaissance correcte détaillée de la forme et de la distribution des grosseurs des cristallites est nécessaire. Le système contenant des particules sphériques et cubiques sont considérés en détail et des courbes de sorption généralisées montrant l'effet de la distribution de la grosseur des particules sont présentées. Des mesures expérimentales de la distribution des grosseurs de particules sont utilisées pour interpréter les données typiques de sorption pour la crible moléculaire Linde 5A. La solution de l'équation de diffusion, modifiée pour tenir compte de la distribution de la grosseur des particules, s'accorde bien aux données expérimentales suggérant que l'hypothèse de base de la diffusion de Fickian est justifiée. Il est suggéré que quelques anomalies apparentes des données de diffusivité pour les cribles moléculaires peuvent en fait être dues à la négligence des effets de la forme et de la distribution de la grosseur des cristallites. Das Problem der Berechnung des Diffusionsvermögens von Gasen in Molekularsieben aus experimentellen Sorptionskurven wird erörtert. Handelsmässige Molekularsiebplätzchen enthalten Zeolithkristallite verschiedener Grössen und es wird dargelegt, dass sowohl die Form als auch die Grössenverteilung der Kristallite einen bedeutenden Effekt auf die Sorptionskurven haben. Für diese Gebildearten ist es nicht möglich verlässliche Werte für die Diffusionsvermögen unter Verwendung eines mittleren äquivalenten Kugelradius zu berechnen, und es ist eine genaue Kenntnis der Kristallitformen- und Grössenverteilungen erforderlich um die Sorptionskurven auf korrekte Weise auszuwerten. Es werden Gebilde mit kugelförmigen und mit kubischen Teilchen in Betracht gezogen und verallgemeinerte Sorptionskurven, die die Wirkung der Teilchengrössenverteilung zeigen, werden dargelegt. Es werden Messergebnisse von experiementellen Kristallitgrössenverteilungen verwendet um typische Sorptionsdaten für das Linde 5A Molekularsieb auszuwerten. Die Lösung der Diffusionsgleichung, die zur Berücksichtigung der Teilchengrössenverteilung abgeändert wurde, stimmt gut mit den Versuchsdaten überein, so dass es scheint, dass grundlegende Annahme einer Fickschen Diffusion gerechtfertigt ist. Es wird angedeutet, dass vielleicht scheinbare Anomalien in berichteten Diffusionsvermögensdaten für Molekularsiebe ein Resultat der Vernachlässigung der Effekte von Formen- und Grössenverteilung der Kristallite sein könnten.