孔隙比表分析仪的使用及数 据处理简介
目录
1
仪器的基本原理及用途
2
数据的分析与处理
3
操作步骤及注意事项
1
仪器的基本原理及用途
1.1 仪器的基本原理
静态容量法
静态容量法测试通常在液氮温度下进行。 1. 在样品管中放置准确称量的经预处理的吸附剂样品 2. 经抽真空脱气，再使整个系统达到所需的真空度
3. 将样品管浸入液氮浴中，并充入已知量气体，吸附剂吸附气体会引
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.
2.1.1 吸附过程基础
毛细凝聚现象：在一个毛细孔中，若能因吸附作用 形成一个凹形的液面，与该液面成平衡的蒸汽压力 P必小于同一温度下平液面的饱和蒸汽压力P0 。
Kelvin方程:
ln 2 VL 1 p p0 RT rm
n
R
0
p/p0
，则
＜
，则凝聚首先发生在瓶底，而后相继将整个孔填满。
发生脱附时，当相对压力降至与小口处半径r相应的值时，开始发生凝聚液的蒸
发，
p 2 VL 1 ln RT r p0 d , r
。此时相对压力已经低于在R处蒸发时对应的相对压力，蒸发很
快完成。 如果
R 2 r
p p0
对于具有一定尺寸的孔，只有当相对压力
当 rm 时， p p0
达到与之相应的某一特
定值时，毛细孔凝聚现象才开始。而且孔越大发生凝聚所需的压力越大， ，表明当大平面上发生凝聚时，压力等于饱和蒸
汽压。
2.1.1 吸附过程基础
气体吸附过程静态描述
在微孔中孔壁间的相互作用势能是相互重叠的，因此微 孔内的物理吸附比在较宽的孔内或外表面的物理吸附要强。
2.1.2 等温曲线类型分析
V和VI型等温线的特点
V型等温线的特征是向相对压力轴凸起。 V型等温线来源于微孔和介孔 固体上的弱气－固相互作用，而且相对不常见。
VI型等温线以其吸附过程的台阶状特性而著称。这些台阶来源于均匀非 孔表面的依次多层吸附。这种等温线的完整形式，不能由液氮温度下的 氮气吸附来获得。
D
n
0
p/p0
2.1.3 滞后环类型分析
E类回线：
典型的例子是具有“墨水瓶”结构的孔。 如在r处凝聚： 如在R处凝聚： 如果
R 2 r
E
r
p VL 1 ln RT r p0 a ,r p 2 VL 1 ln RT R p0 a , R p ln p0 a , R p ln p0 a ,r
C
R
n
r
0 p/p0
2.1.3 滞后环类型分析
D类回线：典型的例子是具有锥形结构的狭缝孔吸附剂。与平行板模型 相同，只有当压力接近饱和蒸汽压时才开始发生毛细孔凝聚，蒸发时， 由于板间不平行，Kelvin半径是变化的，因此，曲线并不像平行板孔那 样急剧下降，而是缓慢下降。如果窄端处间隔很小，只有几个分子直 径大小，回线往往消失。
I型等温线的特点
在低相对压力区域，气体吸附量有一个快
速增长。这归因于微孔填充。
随后的水平或近水平平台表明，微孔已经 充满，没有或几乎没有进一步的吸附发生。
达到饱和压力时，可能出现吸附质凝聚。
外表面相对较小的微孔固体，如活性炭、 分子筛沸石和某些多孔氧化物，表现出这种 等。
2.1.2 等温曲线类型分析 II型和III等温线的特点
BET-----多层吸附 BJH-----介孔 Langmuir-----单层吸附
2.3 孔容的分析与选择
1. 单点总孔容积(r=1288.9，P/Po=0.992519)：------1.202173 cc/g 2. BJH吸附累积总孔容积：------------------------1.199434 cc/g 3. BJH脱附累积总孔容积：------------------------1.232129 cc/g
2.1.3 滞后环类型分析
De Boer孔模型区分的五类回环 (A,B,C,D,E) IUPAC四类法(H1,H2,H3,H4)
2.1.3 滞后环类型分析
A类回线：吸附和脱附曲线都很陡，发生凝聚和蒸发时的相 对压力比较居中。具有这类回线的吸附剂最典型的是两端开
口的圆筒孔。
A
n
0
pd/p0 pa/po
3.3 注意事项
一、使用液氮的时候一定注意安全
二、测试结束后一定记住保存数据
三、实验结束后不要忘记关气瓶
起压力下降，待达到吸附平衡后测定气体的平衡压力，并根据吸附前后 体系压力变化可计算吸附量 4. 逐次向系统增加吸附质气体量改变压力，重复上述操作，测定并计 算得到不同的平衡压力下的吸附量值
1.2 仪器的基本用途
用途
比表面积
孔径及孔容
Hale Waihona Puke 2、数据的分析与处理2.1 2.2 2.3
等温曲线分析
比表面积的分析与选择
2.1.2 等温曲线类型分析
吸附等温线给出的信息
低相对压力段(0～0.3)的形状反映气体与表面相互作用的大小 中等相对压力段 (0.3～ 0.7) 反映了单分子层的形成及向多层和 毛细凝聚的转化----吸附回线／滞后环 高相对压力段(0.7～1)反映固体表面是否有大孔
2.1.2 等温曲线类型分析
4. 单点吸附微孔容积(r<10A)：--------------------0.112471 cc/g
2.4 孔径的选择
1. 单点平均孔半径(以BET比表面积)：--------------91.7 A 2. BJH吸附平均孔半径：--------------------------92.8 A 3. BJH脱附平均孔半径：--------------------------68.5 A
2.1 等温曲线分析
例1
Yuan, Q., et al., Facile synthesis for ordered mesoporous γ-aluminas with high thermal stability. Journal of the American Chemical Society, 2008. 130(11): p. 3465-3472
4. BJH吸附最可几孔径：--------------------------19.4 A
5. BJH脱附最可几孔径：--------------------------61.2 A
3.1 样品及所需材料的准备
样品准备： 样品与样品管干燥（120℃烘箱干燥12小时）
所需材料准备 液氮、氮气、氦气
2.1.1 吸附过程基础
极低压力下的吸附行为(微孔填充)
2.1.1 吸附过程基础
低压下的吸附行为(单层吸附)
2.1.1 吸附过程基础
中等压力下的吸附行为(多层吸附)
2.1.1 吸附过程基础
相对高压下的吸附行为(毛细管凝聚)
2.1.1 吸附过程基础
流体介质在单一筒形介孔中的吸附,凝聚和迟滞现象说明
时，蒸发才能开始。
B
n
0
p/p0
开始凝聚
开始蒸发
2.1.3 滞后环类型分析
C类回线：典型的例子是具有锥形管孔结构的吸附剂。当相对压力达到与 小口半径r相对应的值时，开始发生凝聚，一旦气液界面由柱状变为球形， 发生凝聚所需要的压力迅速降低，吸附量上升很快，直到将孔填满。当相 对压力达到与大口半径R相对应的值，开始蒸发。
成的，多认为是 “墨水瓶”
H3与H4相比高压端吸附量大，认为是片状粒子 堆积形成的狭缝孔
H4也是狭缝孔，区别于粒子堆积，是一些类似
由层状结构产生的孔
IUPAC四类法
2.1.3 滞后环类型分析
需要指出的是，不管是 de Boer 五类法还 是 IUPAC 四类法，实际催化材料的吸附回线 很少直接与它们相符，多呈各种回线的叠合 状，这反映了孔结构的复杂性，因此，应仔 细解析，找出其中的主要孔结构类型。
，则
p ln p0 a , R
＞
p ln p0 a ,r ，则凝聚首先发生在瓶颈r处，凝聚液堆积在瓶颈处，
直到压力达到与R相对应的某一值时，才开始在瓶底发生凝聚。蒸发过程也在r处进行。
2.1.3 滞后环类型分析
H1是均匀孔模型，可视为直筒孔 H2一般认为是多孔吸附质或均匀粒子堆积孔造
2.1 等温曲线分析
800
例2
Volume adsorbed (cm3/g)
700 600 500 400 300 200 100 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Relative pressure (P/P。)
IV型曲线
H3、D类滞后环
2.2 比表面积的分析与选择
1. 多点BET比表面积：----------------------------262.176 m2/g 2. BJH吸附累积比表面积：------------------------258.515 m2/g 3. BJH脱附累积比表面积：------------------------359.840 m2/g 4. Langmuir比表面积：---------------------------328.392 m2/g
孔容的分析与选择
2.4
孔径的选择
2.1 等温曲线分析
我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是 真实的，比表面积、孔径分布、孔容之 类的都是带有主观人为色彩的数据。
2.1.1 吸附过程基础
气－固接触面的吸附作用：由于固体表面分子 受力不均衡，就产生一个剩余力场，这样就对 气体分子产生吸附作用。 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 .