鑠思百檢測

DETECTION OF TECHNICAL SOUSEPAD

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比表面積測試(N2BET,CO2BET)

 二維碼
發(fā)表時間:2021-01-13 10:20作者:鑠思百檢測來源:鑠思百檢測

比表面積測試(BET)

BET測試理論是根據(jù)希朗諾爾、埃米特和泰勒三人提出的多分子層吸附模型,并推導出單層吸附量Vm與多層吸附量V間的關系方程。鑠思百檢測可提供BET檢測服務,N2BET,CO2BET更多測試請聯(lián)系客服。

P: 氮氣分壓
P0: 吸附溫度下,氮氣的飽和蒸汽壓
V: 樣品表面氮氣的實際吸附量
Vm: 氮氣單層飽和吸附量
C : 與樣品吸附能力相關的常數(shù)
A. BET吸附模型的基本假設為:
1) 吸附位在熱力學和動力學意義上是均一的(吸附劑表面性質(zhì)均勻),吸附熱與表面覆蓋度無關;
2) 吸附分子間無相互作用,沒有橫向相互作用;
3) 吸附可以是多分子層的,且不一定完全鋪滿單層后再鋪其它層。
4) 第一層吸附是氣體分子與固體表面直接作用,其吸附熱(E1)與以后各層吸附熱不同;而第二層以后各層則是相同氣體分子間的相互作用,各層吸附熱都相同,為吸附質(zhì)的液化熱(EL).
操作過程是通過實測3-5組被測樣品在不同氮氣分壓下多層吸附量,以P/P0為X軸,P/V(P0-P)為Y軸,由BET方程做圖進行線性擬合,得到直線的斜率和截距,從而求得Vm值計算出被測樣品比表面積。



BET公式的使用范圍

通常情況下,BET公式只適用于處理相對壓力(p/p0)約為0.05~0.35之間的吸附數(shù)據(jù)。這是因為BET理論的多層物理吸附模型限制所致。當相對壓力小于0.05時,不能形成多層物理吸附,甚至連單分子物理吸附層也遠未建立,表面的不均勻性就顯得突出;而當相對壓力大于0.35時,毛細凝聚現(xiàn)象的出現(xiàn)又破壞了多層物理吸附。

什么叫吸附,吸附有哪些類型,有何區(qū)別,各有何用途?

氣體與清潔固體表面接觸時,在固體表面上氣體的濃度高于氣相,這種現(xiàn)象稱吸附(adsorption)。吸附氣體的固體物質(zhì)稱為吸附劑(adsorbent);被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)(adsorptive);吸附質(zhì)在表面吸附以后的狀態(tài)稱為吸附態(tài)。
吸附可分為物理吸附化學吸附。

化學吸附被吸附的氣體分子與固體之間以化學鍵力結合,并對它們的性質(zhì)有一定影響的強吸附。

水蒸氣吸附,二氧化碳吸附,氮氣吸附

物理吸附被吸附的氣體分子與固體之間以較弱的范德華力結合,而不影響它們各自特性的吸附。 兩者最主要的區(qū)別是有沒有形成化學鍵(嚴格的鑒定比較麻煩,有興趣的同學請看相關資料),表現(xiàn)出來的特征差異見下表:

物理吸附提供了測定催化劑表面積、平均孔徑及孔徑分布的方法(一般而言指N2吸脫附實驗); 化學吸附是多相催化過程的重要組成部分,常用于催化機理研究,特定催化劑組分表面積測定(比如通過CO2BET吸附測定Pt的表面積等)。



多孔材料的孔分為哪幾種,尺寸范圍如何?

固體表面由于多種原因總是凹凸不平的,凹坑深度大于凹坑直徑就成為孔。有孔的物質(zhì)叫做多孔體(porous material),沒有孔的物質(zhì)是非孔體(nonporous material)。多孔體具有各種各樣的孔直徑(pore diameter)、孔徑分布(pore size distribution)和孔容積(pore volume)。
孔的吸附行為因孔直徑而異。IUPAC定義的孔大?。讓挘┓譃椋?/span>
  • 微孔(micropore) <2nm

  • 中孔(mesopore)   2~50nm

  • 大孔(macropore) 50~7500nm

  • 巨孔(megapore)   > 7500nm(大氣壓下水銀可進入)

此外,把微粉末填充到孔里面,粒子(粉末)間的空隙也構成孔。雖然在粒徑小、填充密度大時形成小孔,但一般都是形成大孔。分子能從外部進入的孔叫做開孔(open pore),分子不能從外部進入的孔叫做閉孔(closed pore)。
單位質(zhì)量的孔容積叫做物質(zhì)的孔容積或孔隙率(porosity)



吸附等溫線的類型

做BET分析之前,一定要先做氮氣吸附等溫測試,然后根據(jù)獲得的壓強以及吸附量的數(shù)據(jù)結合BET公式,進行分析。為此了解基本的吸附等溫曲線是極其必要的。
在恒定溫度下,對應一定的吸附質(zhì)壓力,固體表面上只能存在一定量的氣體吸附。通過測定一系列相對壓力下相應的吸附量,可得到吸附等溫線。吸附等溫線是對吸附現(xiàn)象以及固體的表面與孔進行研究的基本數(shù)據(jù),可從中研究表面與孔的性質(zhì),計算出比表面積與孔徑分布。
吸附等溫線有以下六種。前五種已有指定的類型編號,而第六種是近年補充的。吸附等溫線的形狀直接與孔的大小、多少有關。
Ⅰ型等溫線:Langmuir等溫線

相應于朗格繆單層可逆吸附過程,是窄孔進行吸附,而對于微孔來說,可以說是體積充填的結果。樣品的外表面積比孔內(nèi)表面積小很多,吸附容量受孔體積控制。平臺轉(zhuǎn)折點對應吸附劑的小孔完全被凝聚液充滿。微孔硅膠、沸石、炭分子篩等,出現(xiàn)這類等溫線。

這類等溫線在接近飽和蒸氣壓時,由于微粒之間存在縫隙,會發(fā)生類似于大孔的吸附,等溫線會迅速上升。
Ⅱ型等溫線:S型等溫線

相應于發(fā)生在非多孔性固體表面或大孔固體上自由的單一多層可逆吸附過程。在低P/P0處有拐點B,是等溫線的第一個陡峭部,它指示單分子層的飽和吸附量,相當于單分子層吸附的完成。隨著相對壓力的增加,開始形成第二層,在飽和蒸氣壓時,吸附層數(shù)無限大。

這種類型的等溫線,在吸附劑孔徑大于20nm時常遇到。它的固體孔徑尺寸無上限。在低P/P0區(qū),曲線凸向上或凸向下,反映了吸附質(zhì)與吸附劑相互作用的強或弱。
Ⅲ型等溫線:在整個壓力范圍內(nèi)凸向下,曲線沒有拐點B

在憎液性表面發(fā)生多分子層,或固體和吸附質(zhì)的吸附相互作用小于吸附質(zhì)之間的相互作用時,呈現(xiàn)這種類型。例如水蒸氣在石墨表面上吸附或在進行過憎水處理的非多孔性金屬氧化物上的吸附。在低壓區(qū)的吸附量少,且不出現(xiàn)B點,表明吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力相當弱。相對壓力越高,吸附量越多,表現(xiàn)出有孔充填。

有一些物系(例如氮在各種聚合物上的吸附)出現(xiàn)逐漸彎曲的等溫線,沒有可識別的B點.在這種情況下吸附劑和吸附質(zhì)的相互作用是比較弱的。
Ⅳ型等溫線:
低P/P0 區(qū)曲線凸向上,與Ⅱ型等溫線類似。在較高P/P0區(qū),吸附質(zhì)發(fā)生毛細管凝聚,等溫線迅速上升。當所有孔均發(fā)生凝聚后,吸附只在遠小于內(nèi)表面積的外表面上發(fā)生,曲線平坦。在相對壓力1接近時,在大孔上吸附,曲線上升。
由于發(fā)生毛細管凝聚,在這個區(qū)內(nèi)可觀察到滯后現(xiàn)象,即在脫附時得到的等溫線與吸附時得到的等溫線不重合,脫附等溫線在吸附等溫線的上方,產(chǎn)生吸附滯后(adsorption hysteresis),呈現(xiàn)滯后環(huán)。這種吸附滯后現(xiàn)象與孔的形狀及其大小有關,因此通過分析吸脫附等溫線能知道孔的大小及其分布。
Ⅳ型等溫線是中孔固體最普遍出現(xiàn)的吸附行為,多數(shù)工業(yè)催化劑都呈Ⅳ型等溫線。滯后環(huán)與毛細凝聚的二次過程有關。

Ⅳ型吸附等溫線各段所對應的物理吸附機制:

第一段:先形成單層吸附,拐點B指示單分子層飽和吸附量
第二段:開始多層吸附
第三段:毛細凝聚,其中,滯后環(huán)的始點,表示最小毛細孔開始凝聚;滯后環(huán)的終點, 表示最大的孔被凝聚液充滿;滯后環(huán)以后出現(xiàn)平臺,表示整個體系被凝聚液充滿,吸附量不再增加,這也意味著體系中的孔是有一定上限的。
Ⅴ型等溫線(墨水瓶型)
較少見,且難以解釋,雖然反映了吸附劑與吸附質(zhì)之間作用微弱的Ⅲ型等溫線特點,但在高壓區(qū)又表現(xiàn)出有孔充填。有時在較高P/P0區(qū)也存在毛細管凝聚和滯后環(huán)。
Ⅵ型等溫線

又稱階梯型等溫線。是一種特殊類型的等溫線,反映的是固體均勻表面上諧式多層吸附的結果(如氪在某些清凈的金屬表面上的吸附)。實際上固體的表面,尤其是催化劑表面,大都是不均勻的,因此很難遇到此情況。

等溫線的形狀密切聯(lián)系著吸附質(zhì)和吸附劑的本性,因此對等溫線的研究可以獲取有關吸附劑和吸附質(zhì)性質(zhì)的信息。例如:由Ⅱ或Ⅳ型等溫線可計算固體比表面積;Ⅳ型等溫線是中等孔(孔寬在2-50nm間)的特征表現(xiàn),同時具有拐點B和滯后環(huán),因而被用于中等范圍孔的孔分布計算。
總結起來就是這樣子的:

BET方法僅適用于P/P0=0.05—0.35之間的也就是Ⅱ和Ⅳ吸附等溫曲線



各類孔相應的測試方法

吸附劑孔徑范圍不同,表觀性質(zhì)不同,對應的測試方法亦不同。
  • 微孔:低溫靜態(tài)容量法測定。液氮溫度下,用氪氣作為吸附氣體。(在液氮溫度下,氪氣的飽和蒸氣壓為3—5mmHg,P/P0的P就可以很?。?。

  • 中孔:低溫靜態(tài)容量法測定。液氮溫度下,以氮氣作為吸附氣體。

  • 大孔:壓泵法

中級儀器實驗室ASAP2010快速比表面及孔徑分布測定儀只能測定中孔范圍的孔徑分布,不能測定微孔孔分布。測微孔分布,儀器需要再配置低壓測定裝置和分子擴散泵。



描述BET的例句

加粗部分可替換,有很多句子可以直接使用。句型結構在括號里給予了說明。(來自材料人)
例句1:
Gas adsorption. (一般BET的表述會被放在氣體吸附試驗中進行討論)
The N2 adsorption was carried out for the activated
COF-DhaTab sample in order to evaluate the permanent porosity. COF-DhaTab exhibits reversible type IV isotherm (指明吸附等溫線的屬性),which is one of the main characteristics of mesoporous materials(使用非限制性定語從句,將測試曲線屬性和材料結構性質(zhì)進行關聯(lián)). The surface area of COF-DhaTab was calculated to be 1480 m 2g -1 using(非謂語進行表面積測算的描述) the Brunauer–Emmett–Teller (BET) model
carry out:實施(實驗)
evaluate:測算,測定,評價,后面加廣度物理量和強度物理量都可以,此處是測孔隙率,算是BET方法的通用。
exhibit:表現(xiàn),展現(xiàn),一般在描述材料性質(zhì)時常用,可以替換show, represent, address,deliver等詞匯
例句2:
An instructive first check to gain insights on the suitability of these functionalized multiblock COPs for their application in carbon capture is to estimate their CO2 /N2 selectivities. For this reason, we also measured the N2 adsorption isotherms at 298 K (Figure 3f). Likewise, N2adsorption capacity largely
correlates with surface area and pore volume.
gain insight on:對某事有所了解,相當于know, learn但是更地道更高級
estimate:測算,與前面的evaluate用法相同
correlates with:與什么相關,相當于related to/with,correspond to
likewise:正如預期的一樣,引出與實驗結論相符合的理論基礎。也可以單獨作為插入語使用。
例句3:
Increasing linker lengths correspond to more open structures with larger pore volumes per mass, and Figure 2a shows that, as expected,(插入語部分,與已有結論相一致時可以加入) the adsorption saturation capacities increase with increasing (常用描述變化趨勢的表達)pore volume. The most striking feature of these isotherms is an unusual step, which can be seen more clearly in Figure 2b.Eddaoudi et al. 26 have reported experimental isotherms fornitrogen in IRMOF-12 and IRMOF-14 that show a similar step,but they do not comment on it(定從對實驗結論進行描述)(整個是一個非限制性定語從句描述的是一個非常轉(zhuǎn)折)。


文章分類: 科研設備
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