1.吸附
气体与清洁固体表面接触时,在固体表面上气体的浓度高于气相,这种现象称吸附( adsorption)。吸附气体的固体物质称为吸附剂( adsorbent ) ;被吸附的气体称为吸附质( adsorptive ) ;吸附质在表面吸附以后的状态称为吸附态。
吸附可分为物理吸附和化学吸附。
化学吸附:被吸附的气体分子与固体之间以化学键力结合,并对它们的性质有一定影响的强吸附。
物理吸附:被吸附的气体分子与固体之间以较弱的范德华力结合,而不影响它们各自特性的吸附。
由于物理吸附的“惰性”,通过物理吸附的行为及吸附量的大小可以确定固体的表面积、孔体积及其孔径分布。
2.孔的定义
固体表面由于多种原因总是凹凸不平的,凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。有孔的物质叫做多孔体(porous material),没有孔的物质是非孔体(nonporous materia1)。多孔体具有各种各样的孔直径(pore diameter)、孔径分布(pore size distribution)和孔容积(pore volume)。
孔的吸附行为因孔直径而异。IUPAC定义的孔大小(孔宽)分为:
微孔( micropore )<2nm中孔 ( mesopore )2 ~ 50nm大孔 ( macropore )50 ~7500nm
巨孔 (( megapore )>7500nm(大气压下水银可进入)
此外,把微粉末填充到孔里面,粒子(粉末)间的空隙也构成孔。虽然在粒径小、填充密度大时形成小孔,但一般都是形成大孔。分子能从外部进入的孔叫做开孔(open pore),分子不能从外部进入的孔叫做闭孔(closed pore)。
单位质量的孔容积叫做物质的孔容积或孔隙率(porosity)
3.吸附平衡
固体表面上的气体浓度由于吸附而增加时,称吸附过程( adsorption ) ;反之,当气体在固体表面上的浓度减少时,则为脱附过程( desorption ) 。
吸附速率与脱附速率相等时,表面上吸附的气体量维持不变,这种状态即为吸附平衡。吸附平衡与压力、温度、吸附剂的性质、吸附质的性质等因素有关。一般而言,物理吸附很快可以达到平衡,而化学吸附则很慢。
吸附平衡有三种:等温吸附平衡、等压吸附平衡和等量吸附平衡。
4.等温吸附平衡一一吸附等温线
在恒定温度下,对应一定的吸附质压力,固体表面上只能存在一定量的气体吸附。通过测定一系列相对压力下相应的吸附量,可得到吸附等温线。吸附等温线是对吸附现象以及固体的表面与孔进行研究的基本数据,可从中研究表面与孔的性质,计算出比表面积与孔径分布。
5.各类孔相应的测试方法
吸附剂孔径范围不同,表观性质不同,对应的测试方法亦不同。
微孔:低温静态容量法测定。液氮温度下,用氪气作为吸附气
体。(在液氮温度下,氪气的饱和蒸气压为3——5mmHlg,P/P0的P就可以很小)。
中孔:低温静态容量法测定。液氮温度下,以氮气作为吸附气体。
大孔:压泵法
6、BET仪器使用方法
①开机
开机前,请确保气瓶的气体调至合适位置,并且处于打开状态;确保电压合适并且稳定。打开电脑系统,然后打开真空泵,最后再启动仪器本体。启动仪器须等半个小时,仪器稳定后再进行分析样品。
②称样
须选用精度良好,稳定性好的天平。精度至少为0.1mg。称样时,校准天平后,先称空管质量----再称样品质量----再称管和样品的质量;脱气后,再称管和样品的质量。样品干重为脱气后的样品的质量(即最后称重的总质量减去管的质量)。建议在称量的时候,每一步都称2次,取平均值。2.3)悦′气
为了保证样品的干净,需要对所有的被测材料进行脱气除杂(主要是水汽)。步骤如下:1)用正确的方式,小心地装上样品管。注意:样品管及样品应该先称重。
③开始抽真空,先用微抽阀门抽真空至20mmHg(样品密度较大时可以在 50mmHg)以下,然后打开快抽阀门。
④根据样品性质设定相关温度开始加热,建议在70摄氏度的温度停留加热10到30分钟,以便充分把水汽烘干。
⑤根据样料性质,加热预定的时间后,等待样品管充分冷却,回填气体,结束脱气。
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