◆六類吸附等溫線類型
幾乎每本類似參考書都會提到,前五種是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分類,先由此四人將大量等溫線歸為五類,階梯狀的第六類為Sing增加。每一種類型都會有一套說法,其實可以這么理解,以相對壓力為X軸,氮氣吸附量為Y軸,再將X軸相對壓力粗略地分為低壓(0.0-0.1)、中壓(0.3-0.8)、高壓(0.90-1.0)三段。那么吸附曲線在:
低壓端偏Y軸則說明材料與氮有較強作用力(I型,II型,Ⅳ型),較多微孔存在時由于微孔內強吸附勢,吸附曲線起始時呈?型;低壓端偏X軸說明與材料作用力弱(???型,Ⅴ型)。
中壓端多為氮氣在材料孔道內的冷凝積聚,介孔分析就來源于這段數據,包括樣品粒子堆積產生的孔,有序或梯度的介孔范圍內孔道。BJH方法就是基于這一段得出的孔徑數據;
高壓段可粗略地看出粒子堆積程度,如?型中如*后上揚,則粒子未必均勻。平常得到的總孔容通常是取相對壓力為0.99左右時氮氣吸附量的冷凝值。
◆幾個常數
1.液氮溫度77K時液氮六方密堆積氮分子橫截面積0.162平方納米,形成單分子層鋪展時認為單分子層厚度為0.354nm
2.標況(STP)下1mL氮氣凝聚后(假定凝聚密度不變)體積為0.001547mL
例:如下面吸脫附圖中吸附曲線p/p0時氮氣吸附量約為400 mL,則可知總孔容=400*0.001547=400/654=約0.61mL
3.STP每mL氮氣分子鋪成單分子層占用面積4.354平方米
例:BET方法得到的比表面積則是S/(平方米每克)=4.354*Vm,其中Vm由BET方法處理可知Vm=1/(斜率+截距)
◆以SBA-15分子篩的吸附等溫線為例加以說明
此等溫線屬IUPAC 分類中的IV型,H1滯后環。從圖中可看出,在低壓段吸附量平緩增加,此時N2 分子以單層到多層吸附在介孔的內表面,對有序介孔材料用BET方法計算比表面積時取相對壓力p/p0 = 0.10~0.29比較適合。在p/p0 =0.5~0.8左右吸附量有一突增。該段的位置反映了樣品孔徑的大小,其變化寬窄可作為衡量中孔均一性的根據。在更高p/p0時有時會有第三段上升,可以反映出樣品中大孔或粒子堆積孔情況。由N2-吸脫附等溫線可以測定其比表面積、孔容和孔徑分布。對其比表面積的分析一般采用BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法。孔徑分布通常采用BJH(Barrett-Joiner- Halenda)模型。
◆Kelvin方程
Kelvin方程是BJH模型的基礎,由Kelvin方程得出的直徑加上液膜厚度就是孔道直徑。彎曲液面曲率半徑R‘=2γVm/[RT*ln(p0/p)],若要算彎曲液面產生的孔徑R,則有R’Cosθ=R,由于不同材料的接觸角θ不同.
原創作者:貝士德儀器科技(北京)有限公司