Gas in Scattering Media Absorption Spectroscopy (GASMAS) of H2O Molecules Confined in Nanoporous Alumina and Silica. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF PhD-Dissertation-Okky Maryana-eprints-final.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 1 February 2027. Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (5MB)

Arabic Abstract

تتناول هذه الرسالة، ولأول مرة، دراسة عمليتي خروج الماء (التحرر/التبخر) ودخول الماء (الامتصاص/إعادة الترطيب) في الألومينا α النانوية المسامية والسيليكا المتوسطة المسام باستخدام منهجين تكميليين هما القياسات الوزنية (Gravimetry) وتقنية مطيافية امتصاص الغاز في الأوساط المبعثرة (GASMAS). وقد أكدت عمليات التوصيف البنيوي والسطحي اختلاف البنى المسامية وكيمياء السطح بين أقراص الألومينا، والمتراكبات النانوية سيليكا–كربون، ومادة SBA-15 بوصفها مرجعًا منظمًا للسيليكا المتوسطة المسام. أظهرت الاستجابات الزمنية في القياسات الوزنية استمرار وجود ماءٍ ممتزّ/مكثّف شعريًا داخل المسام، وتم تفسير هذه المنحنيات باستخدام نماذج انتشار فيكي متوافقة مع هندسة العينات؛ وللمسام ذات الحبس الشديد (قطر مسام ≲ 20 نانومتر) وُصفت السلوكيات في الأزمنة المتأخرة بصورة أفضل عند تضمين شروط حدّية مستندة إلى علاقة كيلفن–لابلاس. كما بيّنت السيليكا حبسًا أقوى ونقلًا أبطأ للماء مقارنةً بالألومينا. من جهة أخرى، مكّنت تقنية GASMAS من تتبع ديناميكيات بخار الماء داخل الألومينا وأعطت ثوابت زمنية متسقة مع القياسات الوزنية، بينما في مساحيق السيليكا ارتبط تطور الخلفية البصرية الملائمة طيفيًا بتغيرات الكتلة، مما يشير إلى حساسية غير مباشرة تجاه الماء المكثف في الأوساط المبعثرة. وبصورة عامة، يقدّم هذا الإطار المتكامل نهجًا موحدًا لتحسين تفسير الماء المحصور نانويًا بطريقة أكثر وعيًا بالطور، ويوسّع قابلية تطبيق تقنية GASMAS على المواد المسامية شديدة التبعثر.

English Abstract

This dissertation for the first time studies water escape and invasion in nanoporous α-alumina and mesoporous silica using complementary gravimetry and GASMAS. Characterization confirmed distinct pore structures and surface chemistries across alumina discs, silica–carbon nanocomposites, and SBA-15. Gravimetric transients revealed persistent capillary-condensed/adsorbed water and were interpreted using geometry-consistent Fickian diffusion models; for highly confined pores (≲20 nm), late-time behavior was better described with Kelvin–Laplace-informed boundary conditions. Silica exhibited stronger confinement and slower transport than alumina. GASMAS resolved vapor-phase dynamics in alumina with time constants consistent with gravimetry, while in silica the evolution of the fitted optical background correlated with mass changes, suggesting indirect sensitivity to condensed water in scattering powders. The integrated framework improves phase-aware interpretation of nanoconfined water and broadens GASMAS applicability to porous materials.