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技术文章
等温线类型分析
点击次数:9026 发布时间:2016/1/4 8:51:29
◆六类吸附等温线类型
几乎每本类似参考书都会提到,前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类,先由此四人将大量等温线归为五类,阶梯状的第六类为Sing增加。每一种类型都会有一套说法,其实可以这么理解,以相对压力为X轴,氮气吸附量为Y轴,再将X轴相对压力粗略地分为低压(0.0-0.1)、中压(0.3-0.8)、高压(0.90-1.0)三段。那么吸附曲线在:
低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(I型,II型,Ⅳ型),较多微孔存在时由于微孔内强吸附势,吸附曲线起始时呈?型;低压端偏X轴说明与材料作用力弱(???型,Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚,介孔分析就来源于这段数据,包括样品粒子堆积产生的孔,有序或梯度的介孔范围内孔道。BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据;
高压段可粗略地看出粒子堆积程度,如?型中如*后上扬,则粒子未必均匀。平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数
1.液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米,形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm
2.标况(STP)下1mL氮气凝聚后(假定凝聚密度不变)体积为0.001547mL
例:如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0时氮气吸附量约为400 mL,则可知总孔容=400*0.001547=400/654=约0.61mL
3.STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米
例:BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)=4.354*Vm,其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率+截距)
◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明
此等温线属IUPAC 分类中的IV型,H1滞后环。从图中可看出,在低压段吸附量平缓增加,此时N2 分子以单层到多层吸附在介孔的内表面,对有序介孔材料用BET方法计算比表面积时取相对压力p/p0 = 0.10~0.29比较适合。在p/p0 =0.5~0.8左右吸附量有一突增。该段的位置反映了样品孔径的大小,其变化宽窄可作为衡量中孔均一性的根据。在更高p/p0时有时会有第三段上升,可以反映出样品中大孔或粒子堆积孔情况。由N2-吸脱附等温线可以测定其比表面积、孔容和孔径分布。对其比表面积的分析一般采用BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法。孔径分布通常采用BJH(Barrett-Joiner- Halenda)模型。
◆Kelvin方程
Kelvin方程是BJH模型的基础,由Kelvin方程得出的直径加上液膜厚度就是孔道直径。弯曲液面曲率半径R‘=2γVm/[RT*ln(p0/p)],若要算弯曲液面产生的孔径R,则有R’Cosθ=R,由于不同材料的接触角θ不同.