Investigation of O2 Line Broadening in Nanoporous Alumina Using Gas in Scattering Media Absorption Spectroscopy

Investigation of O2 Line Broadening in Nanoporous Alumina Using Gas in Scattering Media Absorption Spectroscopy. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Dissertation)
Dissertation by Ahmed Alsaudi-final.pdf - Other
Restricted to Repository staff only until 11 October 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

يوجد العديد من التقنيات لقياس احجام المسام في المواد المسامية و لكن هذة التقنيات لها بعض العيوب. لذلك هناك حاجة لتطوير تقنيات بديله جديدة لتقيم حجم المسام. أن تقنية طيف امتصاص الغاز في وسط مشتت تقنية طيفية جديدة نسبيا لها القدرة على التغلب على بعض هذه العيوب. يتم استخدام تقنية طيف امتصاص الغاز في وسط مشتت لتقيم حجم المسام من خلال مراقبه توسع خط الامتصاص للغاز المحصور داخل المسام. عندما يكون حجم المسام بحجم مماثل أو اصغر من متوسط المسار الحر بين التصادمات بين الجزيئات حيث يحدث اساع اضافي بسبب تصادم جزيئات الغاز المحصور مع جدران المسام. في هذة الدراسة تم استخدام تقنية طيف امتصاص الغاز في وسط مشتت لدراسة عرض خط الامتصاص عند 760 نانوميتر لجزيئات الاكسجين المحصوره داخل مسام عينات من أقراص الألومينا الصلبة و عينات من مسحوق الألومينا. أيضا تم قياس حجم المسام لعينات الاقراص الصلبة من الألومينا باستخدام تقنية الحقن بالزئبق ووجد أن متوسط حجم مساماتها تتراوح بين 70 الى 150 نانومتر. و استخدمت تقنية ادمصاص الغاز لتحديد متوسط حجم المسام لعينات من مسحوق الالومينا ، ووجد أن متوسط حجم مساماتها تتراوح بين 10 الى 40 نانومتر. تم تطوير نموذج نظري يعتمد على النظرية الحركية للغازات لوصف العلاقة بين التوسع الناتج من تصادم الغاز المحصور مع جدران المسام ومتوسط حجم المسام المقاس باستخدام تقنية الحقن بالزئبق و تقنية ادمصاص الغازات. لقد وجد ان التوسع في عرض خط امتصاص جزيئات الأكسجين المحصورة داخل المسام والناتج عن تصادم هذة الجزيئات مع جدران المسام يتناسب عكسيا مع حجم المسام. وقد وجد ايضا انة من الافضل ان يكون شكل مسام عينات الاقراص الصلبة أسطوانية ذات ارتفاع اكبر بكثير من اقطارها لكي تكون النتائج أكثر تنساقا مع النموذج المطروح.

English Abstract

There are several techniques for quantifying pore sizes of porous materials. These techniques have few drawbacks. Therefore, there is a need for developing new alternative techniques for pore size assessment. GAs in Scattering Media Absorption Spectroscopy (GASMAS) is a relatively new spectroscopy technique that has the potential to overcome some of these drawbacks. GASMAS technique can be used to assess the pore size by monitoring the broadening of the absorption line of the confined gas within the pores. The width of the gas absorption line may be influenced by the pore size in which the gas is confined. When the pore size is of comparable size to or smaller than the mean free path due to intermolecular collisions, extra broadening occurs due to collisions of the confined gas molecules with the walls of the pore. In this study, GASMAS technique is used to study the width of an absorption line around 763 nm of gaseous oxygen entrapped within the pores of alumina solid disc samples and alumina powder samples. The pore size of the alumina solid disc samples is measured by Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) with average pore size ranging from 70 nm to 150 nm. Also, the pore size of alumina powder samples is measured by gas adsorption technique with average pore size ranging from 10 nm to 40. A theoretical model based on the kinetic theory of gas is developed to describe a relation between the contribution of wall collision broadening to the width of absorption line and the pore size measured by MIP and gas adsorption techniques. For both disc and powder samples of two different average pore size ranges, the wall collision broadening is found to be inversely proportional to the average pore diameter measured by MIP and gas adsorption techniques. Furthermore, the shape of the pores of solid disc samples is found to be more consistent with a model of pores of cylindrical shapes of heights much larger than their diameters.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Physics
Department: College Of Sciences > Physics Dept
Committee Advisor: Aljalal, Abdulaziz
Committee Members: Ziq, Khalil and Nasser, Ibraheem and Saleh, Tawfik
Depositing User: AHMED ALSAUDI (g201409900)
Date Deposited: 26 Nov 2020 08:31
Last Modified: 26 Nov 2020 08:31
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141728