Konstriktivität

Konstriktivität $\delta$ (engl.: constrictivity, v. lat.: constringere „festschnüren, fesseln, lahmlegen“) ist eine dimensionslose geometrische Größe, die den Widerstand enger Poren gegen Transportprozesse wie Diffusion beschreibt. Sie ist abhängig vom Verhältnis aus Durchmesser des gelösten Teilchens zum Porendurchmesser:

\delta ={\frac {d_{\mathrm {Teilchen} }}{d_{\mathrm {Pore} }}}<1

Der Wert der Konstriktivität ist umso größer, je enger eine Pore für ein gelöstes Teilchen ist, jedoch stets kleiner als 1.

Der Widerstand gegen Transport wird durch eine Erhöhung der Viskosität des Lösungsmittels in der Nähe der Porenwände hervorgerufen. Dieser Effekt ist besonders wirksam bei sehr engen Poren oder Porenverengungen, deren Durchmesser in derselben Größenordnung wie der Durchmesser der gelösten Teilchen liegt. Konstriktivität muss klar von der Knudsen-Diffusion abgegrenzt werden, die auftritt, wenn diffundierende Teilchen öfter mit Porenwänden als mit anderen Teilchen kollidieren.

Zur Abschätzung der Konstriktivität existiert eine Reihe von empirischen Formeln.[1][2][3][4] Für einfache Porengeometrien lässt sie sich aus der Geometrie herleiten.[5][6][7] In der Praxis wird die Konstriktivität zusammen mit der Tortuosität häufig in Modellen als rein empirischer Parameter zur Ermittlung des effektiven Diffusionskoeffizienten eines ganzen Porenraumes benutzt.

Einzelnachweise

Renkin, E. M. (1954): Filtration, diffusion and molecular sieving through porous cellulose membranes. J. Gen. Physiolog., 38: 225–243
Beck, R. E., Schultz, J. S. (1970): Hindered diffusion in microporous membranes with known pore geometry. Science, 170: 1302–1305
Satterfield, C. N., Colton, C. K. (1973): Restricted diffusion in liquids within fine pores. AIChE J., 19: 628
Chantong, A., Massoth, F. E. (1983): Restrictive diffusion in aluminas. AIChE J., 29 (5): 725–731
Petersen, E. E. (1958): Diffusion in a pore of varying cross section. AIChE J., 4 (3): 343–345
Curie, J. A. (1960): Gaseous diffusion in porous media, Parts 1 and 2. Br. J. Appl. Phys., 11: 314–324
Michaels, A. S. (1959): Diffusion in a pore of irregular cross section. AIChE J., 5: 270–271

Literatur

P. Grathwohl: Diffusion in natural porous media: Contaminant transport, sorption/desorption and dissolution kinetics. Kluwer Academic Publishers, 1998, ISBN 0-7923-8102-5

van Brakel, J., Heertjes, P. M. (1974): Analysis of diffusion in macroporous media in terms of a porosity, a tortuosity and a constrictivity factor. Int. J. Heat Mass Transfer, 17: 1093–1103

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[1] Renkin, E. M. (1954): Filtration, diffusion and molecular sieving through porous cellulose membranes. J. Gen. Physiolog., 38: 225–243

[2] Beck, R. E., Schultz, J. S. (1970): Hindered diffusion in microporous membranes with known pore geometry. Science, 170: 1302–1305

[3] Satterfield, C. N., Colton, C. K. (1973): Restricted diffusion in liquids within fine pores. AIChE J., 19: 628

[4] Chantong, A., Massoth, F. E. (1983): Restrictive diffusion in aluminas. AIChE J., 29 (5): 725–731

[5] Petersen, E. E. (1958): Diffusion in a pore of varying cross section. AIChE J., 4 (3): 343–345

[6] Curie, J. A. (1960): Gaseous diffusion in porous media, Parts 1 and 2. Br. J. Appl. Phys., 11: 314–324

[7] Michaels, A. S. (1959): Diffusion in a pore of irregular cross section. AIChE J., 5: 270–271