Electrochemical study of the pore structure of sandstone and similar media

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Abstract

Three methods are discussed by which the internal geometry of a porous insulator may be investigated electrochemically. By adopting a simple model, the pore geometry is characterized by two parameters: the tortuosity and the porosity. In each method, a cylindrical sample of the porous medium is soaked with an aqueous electrolyte solution and its lower face is brought into contact with a mercury pool electrode. The other electrode is also a mercury pool, but in the first technique it is remote, whereas in the second and third methods it floods the upper surface of the cylindrical sample. The first technique employs a d.c. potential step, whereby the concentration of a probe ion is depleted at the lower electrode. The attempt of diffusion to replenish this surface concentration leads to a faradaic current whose time dependence is analyzed to provide estimates of the tortuosity and porosity parameters. The second method measures the frequency-dependent cell impedance. The pore structure parameters are estimated from the equivalent circuit of the cell. No faradaic process is involved in the third method, which measures the frequency-dependent conductance of the cell as a means of characterizing the pore structure. These methods are applied successfully to sandstone and fritted glass samples.

On discute de trois méthodes permettant d'étudier électrochimiquement la géométrie interne d'un isolant poreux. En adoptant un modèle simple, on caractérise la géométrie des pores à l'aide de deux paramètres, l'un de tortuosité et l'autre de porosité. Dans chaque méthode, on imbibe un échantillon cylindrique du milieu poreux à l'aide d'une solution électrolytique aqueuse et on place sa face inférieure en contact avec un réservoir de mercure servant d'électrode. L'autre électrode comporte aussi un réservoir de mercure; dans la première méthode elle est éloignée alors que, dans les deux autres techniques, elle recouvre la surface supérieure de l'échantillon cylindrique. La première technique fait appel à un régulateur de potentiel cd pendant que la concentration d'un ion sonde s'épuise à l'électrode inférieure. Les tentatives de diffusion pour régénérer la concentration de cette surface donnent lieu à un courant faradaïque dont on analyse la dépendance en fonction du temps pour obtenir des évaluations des paramètres de tortuosité et de porosité. La deuxième méthode mesure l'impédance de la cellule qui dépend de la fréquence. On évalue les paramètres de structures des pores à partir du circuit équivalent de la cellule. Il n'y a pas de procédé faradaïque d'impliquer dans la troisième méthode qui implique une mesure la conductance dépendante de la fréquence de la cellule comme moyen de caractériser la structure des pores. On a appliqué ces méthodes avec succès à des échantillons de grès et de verre fritté.

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