比表面（ 比表面（specific surface area）与分散度 ）
▀比表面－－通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的 比表面－－通常用来表示物质分散的程度 比表面 物质分散的程度，
表示方法： 表示方法： 1）一种是单位质量的固体所具有的表面积； 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 单位质量的固体所具有的表面积 2）另一种是单位体积固体所具有的表面积。 另一种是单位体积固体所具有的表面积。 单位体积固体所具有的表面积
ka,kd――分别为吸附和脱附速率常数； 分别为吸附和脱附速率常数； 分别为吸附和脱附速率常数 K——该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； 该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； 该吸附过程的吸附系数 K0——指数表达式的指前因子，近似认为与温度无关。 指数表达式的指前因子， 指数表达式的指前因子 近似认为与温度无关。
催化剂比表面积 和孔结构测定
2020系列全自 ASAP 2020系列全自 动快速比表面积及 中孔/微孔分析仪-中孔/微孔分析仪----美国麦克公司 ---美国麦克公司
仪器介绍
2020系列全自动快速比表面积及中孔 微孔分析仪， 系列全自动快速比表面积及中孔/ ASAP 2020系列全自动快速比表面积及中孔/微孔分析仪 ， 可同时进行一个样品的分析和两个样品的制备， 可同时进行一个样品的分析和两个样品的制备，仪器的操作软 件为先进的“Windows”软件 仪器可进行单点、多点BET 软件， BET比表面 件为先进的“Windows 软件，仪器可进行单点、多点BET比表面 Langmuir比表面积 BJH中孔 孔分布、 比表面积、 中孔、 积、Langmuir比表面积、BJH中孔、孔分布、孔大小及总孔体积 和面积、密度函数理论（DFT） 和面积、密度函数理论（DFT）、吸附热及平均孔大小等的多种 数据分析.仪器的工作原理为等温物理吸附的静态容量法。 数据分析.仪器的工作原理为等温物理吸附的静态容量法。
1.1 物理吸附理论简单介绍 1.2 表面积计算 1.3 孔结构分析
1.1 物理吸附理论简单介绍
1.1.1 吸附现象及其描述 吸附现象: 吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物 质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。 质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的 -----物质在界面上变浓的过程 分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。 分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。
S SV = V
S SW = W
W 和 V分别为固体 分别为固体 的质量和体积，S 为其表面积
▀分散度－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。物 分散度－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。 分散度
质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。 质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。
比表面（ 比表面（specific surface area）与分散度 ）
α= f ( T , p ) T=常数 α=f ( p)称吸附等温线 T=常数 p =常数 α=f (T)称吸附等压线 α=常数 p =f (T)称吸附等量线
(1(1-1) (1(1-2) (1(1-3) (1(1-4)
吸附现象及其描述
吸附等温线形式
*假设温度控制在气体临界温度下， 假设温度控制在气体临界温度下， α=f ( p/p0) －－吸附质饱和蒸汽压 式中p0－－吸附质饱和蒸汽压 *气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的 气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP） 气体体积容量（ ml）表示，于是方程(1 5)改写为 (1- 改写为： 气体体积容量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为： v= f ( p/p0) (1(1-6) (1(1-5)
*气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，就产生一个剩余 固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，
力场，这样就对气体分子产生吸附作用。 力场，这样就对气体分子产生吸附作用。 *吸附的分子仍是在不断运动的（例如振动）。 吸附的分子仍是在不断运动的（例如振动）。 *气体分子能克服固体表面的引力，会离开表面造成脱附。 气体分子能克服固体表面的引力，会离开表面造成脱附。 *吸附与脱附之间可以建立动态平衡. 吸附与脱附之间可以建立动态平衡.
单分子层吸附等温方程 ——朗格谬尔（Langmuir）等温方程 朗格谬尔（ 朗格谬尔 ）
当达到动态平衡时， 当达到动态平衡时，
kap (1 - θ ) = kdθ
k ap Kp θ= = kd + kap 1 + Kp
(1-9)
(1-10)
ka K = = K 0 exp(Q / RT ) Q为吸附热 其中 kd 式中： 吸附质蒸气吸附平衡时的压力； 式中： p――吸附质蒸气吸附平衡时的压力； 吸附质蒸气吸附平衡时的压力
Brunauer分类的五种等温线类型 Brunauer分类的五种等温线类型
Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形
Ⅲ、Ⅴ型是凹形
Ⅰ型等温线相当于朗格谬尔单层可逆吸附过程。 等温线相当于朗格谬尔单层可逆吸附过程。 Ⅱ型等温线相当于发生在非孔或大孔固体上自由的单一 多层可逆吸附过程，位于 多层可逆吸附过程，位于p/p0=0.05-0.10的B点，是等温线 的 的第一个陡峭部， 的第一个陡峭部，它表示单分子层饱和吸附量。 Ⅲ型等温线不出现B点，表示吸附剂与吸附质之间的作用 等温线不出现B 很弱. 很弱.
单分子层吸附等温方程 ——朗格谬尔（Langmuir）等温方程 朗格谬尔（ 朗格谬尔 ）
模型的基本假定： 模型的基本假定： 吸附表面在能量上是均匀的，即各吸附位具有相同的能量； 吸附表面在能量上是均匀的，即各吸附位具有相同的能量； 被吸附分子间的作用力可略去不计； 被吸附分子间的作用力可略去不计； 属单层吸附，且每个吸附位吸附一个质点； 属单层吸附，且每个吸附位吸附一个质点； 吸附是可逆的。 吸附是可逆的。 表示覆盖度， 用θ表示覆盖度，即吸附剂表面被气体分子覆盖的分数， 表示覆盖度 即吸附剂表面被气体分子覆盖的分数， 未被覆盖分数应为(1-θ)，则 ， 未被覆盖分数应为 吸附速率＝ 吸附速率＝kap(1-θ) 脱附速率＝ 脱附速率＝kdθ (1-7) (1-8)
技术参数
1.比表面积分析范围为0.0005 m2/g至无上限。 2.孔径的测量范围为3.5埃至5000埃。 3.微孔区段的分辨率为0.2埃。 4.孔体积最小检测: 0.0001 cc/g。
主要特点
1.单点、多点BET比表面积 ngmuir比表面积 3.BJH中孔、孔分布、孔大小及总孔体积和面积 4.标准配置密度函数理论（DFT/NLDFT）,DA,DR,HK,MP等微孔分析方法。 5.吸附热及平均孔径，总孔体积。 6.提供了测定H2 气体绝对压力的吸附等温线，增强了在燃料电池方面的应用。
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况： 的立方体逐渐分割成小立方体的情况： 把边长为 的立方体逐渐分割成小立方体的情况 边长l/m 边长 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9 立方体数 1 103 109 1015 1021 比表面S/（ 比表面 （m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
Ⅳ型、Ⅴ型曲线则有吸附滞后环的可能原因 吸附时有孔壁的多分子层吸附和在孔中凝聚两种因素产 生，而脱附仅由毛细管凝聚所引起。 而脱附仅由毛细管凝聚所引起。 这就是说，吸附时首先发生多分子层吸附， 这就是说，吸附时首先发生多分子层吸附，只有当孔壁上的 吸附层达到足够厚度时才能发生凝聚现象；而在与吸附相同 吸附层达到足够厚度时才能发生凝聚现象； 比压下脱附时，仅发生在毛细管中的液面上的蒸汽， 的p/p0比压下脱附时，仅发生在毛细管中的液面上的蒸汽， 下吸附的分子脱附，要使其脱附， 却不能使p/p0下吸附的分子脱附，要使其脱附，就需要更小 故出现脱附的滞后现象， 的 p/p0 ， 故出现脱附的滞后现象 ， 实际就是相同 p/p0 下吸 附的不可逆性造成的。 附的不可逆性造成的。
吸附剂:具有吸附能力的固体物质. 吸附剂:具有吸附能力的固体物质. 吸附质:被吸附剂所吸附的物质,(如氮气). ,(如氮气 吸附质:被吸附剂所吸附的物质,(如氮气).
通常采用氮气,氩气或氧气为吸附质进行多孔物的比 表面,孔体积,孔径的大小和分布的测定.也可通过完 整的吸附脱附曲线计算出介孔部分和微孔部分的体 积和表面积等.
吸附量ν
相对压力p/p0
Ⅳ型等温线是一种特殊类型的等温线，反应的是固体 等温线是一种特殊类型的等温线， 均匀表面上谐式多层吸附的结果。（有 均匀表面上谐式多层吸附的结果。（有毛细凝聚现象 。（ 发生） 发生） Ⅴ型等温线很少遇到，而且难以解释，虽然反映了吸 等温线很少遇到，而且难以解释，虽然反映了吸 附质与吸附剂之间作用微弱的 型等温线特点， 附质与吸附剂之间作用微弱的Ⅲ型等温线特点，但在 高压区又表现出有孔充填（毛细凝聚现象）。 高压区又表现出有孔充填（毛细凝聚现象）。
▀化学吸附
*化学吸附类似于化学反应，吸附质分子与吸附剂表面原 子间形成吸附化学键 化学键。 化学键 *被化学吸附的分子与原吸附质分子相比，由于吸附键的 强烈影响，结构变化较大。 *由于化学吸附同化学反应一样只能在特定的吸附剂－吸 专一性，并且在表面只能吸附一 只能吸附一 附质之间进行所以具有专一性 专一性 层。
吸附平衡等温线:以压力为横坐标, 吸附平衡等温线:以压力为横坐标,恒温条件下吸附质在
吸附剂上的吸附量为纵坐标的曲线. 吸附剂上的吸附量为纵坐标的曲线. 通常用比压(相对压力)p/p0表示压力,p 为气体的真实压力,p0为气体在测量温度 下的饱和蒸汽压.
▀物理吸附
*物理吸附是吸附质分子靠范德华力（分子引力）在吸附剂表面 物理吸附是吸附质分子靠范德华力（分子引力） 范德华力 上吸附，它类似于蒸汽的凝聚和气体的液化。 上吸附，它类似于蒸汽的凝聚和气体的液化。 *表面上剩余力场是表面原子配位不饱和造成的，作用力较弱， 表面上剩余力场是表面原子配位不饱和造成的，作用力较弱， 剩余力场 造成的 致使物理吸附分子的结构变化不大， 致使物理吸附分子的结构变化不大，接近于原气体或液体中分子 的状态。 的状态。 *物理吸附由于是范氏力起作用，而范氏力在同类或不同类的任 物理吸附由于是范氏力起作用， 何分子间都存在，所以是非专一性的 在表面上可吸附多层。 何分子间都存在，所以是非专一性的，在表面上可吸附多层。 非专一性