BET物理吸附常見問題(一)

目前，氣體吸附分析技術(shù)作為多孔材料比表面和孔徑分布分析的不可或缺的手段，得到了廣泛應(yīng)用。物理吸附分析不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)的催化領(lǐng)域，而且滲透到新能源材料、環(huán)境工程等諸多領(lǐng)域。

今天鑠思百檢測小編整理了BET相關(guān)知識，希望對大家有幫助。

1. 什么是表面和表面積？   

表面是固體與周圍環(huán)境, 特別是液體和氣體相互影響的部分; 表面的大小即表面積。 表面積可以通過顆粒分割（減小粒度）和生成孔隙而增加，也可以通過燒結(jié)、熔融和生長而減小。

2. 什么是比表面積？

為什么表面積如此重要? 比表面積英文為specific surface area，指的是單位質(zhì)量物質(zhì)所具有的總面積。分外表面積、內(nèi)表面積兩類。國際標(biāo)準(zhǔn)單位為㎡/g。 表面積是固體與周圍環(huán)境，特別是液體和氣體相互作用的手段和途徑。一般有下列三種作用：1) 固體-固體之間的作用：表現(xiàn)為自動粘結(jié)，流動性(流沙)，壓塑性等。2) 固體-液體之間的作用：表現(xiàn)為浸潤，非浸潤，吸附能力等。3) 固體-氣體之間的作用：表現(xiàn)為吸附，催化能力等。

3. 什么是孔？   

根據(jù)ISO15901 中的定義，不同的孔（微孔、介孔和大孔）可視作固體內(nèi)的孔、通道或空腔，或者是形成床層、壓制體以及團(tuán)聚體的固體顆粒間的空間（如裂縫或空隙）。

4. 什么是開孔和閉孔？

多孔固體中與外界連通的空腔和孔道稱為開孔（openpore），包括交聯(lián)孔、通孔和盲孔。這些孔道的表面積可以通過氣體吸附法進(jìn)行分析。 除了可測定孔外，固體中可能還有一些孔，這些孔與外表面不相通，且流體不能滲入，因此不在氣體吸附法或壓汞法的測定范圍內(nèi)。不與外界連通的孔稱為閉孔(closepore)。 開孔與閉孔大多為在多孔固體材料制備過程中形成的，有時(shí)也可在后處理過程中形成，如高溫?zé)Y(jié)可使開孔變?yōu)殚]孔。

5. 什么是孔隙度？

孔隙度是指深度大于寬度的表面特征，一般用孔徑及其分布和總孔體積表征。

6. 什么是多孔材料？

多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，孔洞的邊界或表面由支柱或平板構(gòu)成。多孔材料可表現(xiàn)為細(xì)或粗的粉體、壓制體、擠出體、片體或塊體等形式。其表征通常包括孔徑分布和總孔體積或孔隙度的測定。在某些場合，也需要考察其孔隙形狀和流通性，并測定內(nèi)表面和外表面面積。

7. 真實(shí)的表面是什么樣的？   

立方體和球體是在數(shù)學(xué)計(jì)算上最簡單的理想模型。對于邊長為Lcm 立方體，其表面積為6L2cm2。但在現(xiàn)實(shí)情況中，數(shù)學(xué)中的理想幾何形狀是根本不存在的，因?yàn)樵陲@微鏡下看所有真實(shí)表面，它們都是有缺陷，都是凸凹不平的。如果有一個(gè)“超級顯微鏡”，你就能看到表面有多粗糙，這不僅是由于空隙，孔道，臺階和其它的非理想情況，更是由于原子或分子軌道的分布。這些表面的不規(guī)則性總是創(chuàng)造出比相應(yīng)的理論面積更大的真實(shí)表面積。

8. 影響表面積的因素有哪些？

影響表面積大小的因素包括顆粒大?。剑┖皖w粒形狀（粒形）以及含孔量。設(shè)想一個(gè)一米邊長的真實(shí)立方體被切割成一微米(10-6m)的小立方體, 這樣將產(chǎn)生1018個(gè)顆粒。每個(gè)顆粒暴露的面積是6x10-12 平方米(m2), 所有顆粒貢獻(xiàn)的總面積則為6x106 m2。與未切割材料比較，這種暴露面積的百萬倍的增加是超細(xì)粉體具有大表面積的典型。除了粒度以外，顆粒形狀也對粉體的表面積有所貢獻(xiàn)。在所有幾何形狀中，球形具有最小的面積/體積比，但一串原子如果僅沿著鏈軸線鍵合，則會有最大的面積/體積比。所有的顆粒物質(zhì)都具有幾何形狀，因而具有在兩個(gè)極端之間的表面積。通過比較兩個(gè)有相同組成和相同質(zhì)量，但形狀分別為球形和立方體的顆粒表面積，很容易看到顆粒形狀對表面積的影響。計(jì)算得出，在顆粒重量相同的情況下，立方體面積大于球體面積。因?yàn)榱?、粒形和孔隙度的不同，比表面積的范圍可以有極大的變化，但孔的影響往往使粒徑和外部形狀因素的影響完全湮沒。由密度大約為3g/cm3 的0.1 微米半徑球形顆粒組成的粉末比表面大約為10m2/g， 而1.0 微米半徑的類似顆粒比表面會減少10 倍；但是如果同樣的1.0 微米半徑顆粒含有大量的孔隙，其比表面可能超過1000m2/g。這清楚地表明孔對表面積的重要貢獻(xiàn)。

9. 在粒度分析儀上計(jì)算出的表面積值準(zhǔn)確嗎？  

盡管顆粒形狀能被假設(shè)為規(guī)則的幾何形，但是絕大多數(shù)的情況下它是不規(guī)則的，只不過目前流行的粒度測量方法是基于“等效球體積”。如果試圖利用粒度測量方法（包括激光衍射法、光散射法、電域敏感法、沉降法、透過法、篩分法和電子顯微鏡法）測量比表面，由于粒形、表面的不規(guī)則及孔隙度的影響，其結(jié)果會比真值嚴(yán)重偏小，甚至相差1000 倍以上。因此，由粒徑計(jì)算表面積只能通過球形或其它規(guī)則幾何形狀的絕對假設(shè)建立一個(gè)低限值。

10. 孔的類型有哪些？

工業(yè)催化劑或載體作為多孔材料，是具有發(fā)達(dá)孔系的顆粒集合體。一般情況是一定的原子（分子）或離子按照晶體結(jié)構(gòu)規(guī)則組成含有微孔的納米級晶粒；而因制備化學(xué)條件和化學(xué)組成的不同，若干晶粒又可聚集為大小不一的微米級顆粒，然后工業(yè)成型成更大的團(tuán)粒或有不同幾何外形的顆粒集合體。

不同的制備方法會生成不同的孔結(jié)構(gòu)。如，高溫?zé)Y(jié)或擠壓成型的多孔固體的孔結(jié)構(gòu)是無規(guī)則的；而由膠體在充水的初級結(jié)構(gòu)中沉淀、收縮、老化，會產(chǎn)生特征性的微孔結(jié)構(gòu)（典型例子如水泥和石膏）。

沸石和分子篩具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，它內(nèi)部的孔是由晶體內(nèi)的孔道、縫隙或籠組成的具有均勻尺寸和規(guī)則的形狀。在沸石內(nèi)部，籠是由直徑0.4–1nm 的窗口相連。一個(gè)籠可以看作是一個(gè)球形孔。

所以，實(shí)際體積中的孔結(jié)構(gòu)都是復(fù)雜的，是由不同類型的孔組成的。在分子水平上看，孔的內(nèi)表面幾乎都是不光滑的。但是，我們可以從幾個(gè)基本類型開始（如圖），然后建立它們的各種組合。

最典型的是筒形孔（圓柱孔），它是孔分布計(jì)算的一個(gè)基礎(chǔ)模型。

擠壓固化但還未燒結(jié)的球形或多面體粒子多是錐形孔（楔形孔，棱錐形空隙）。

裂隙孔是由粒子間接觸或堆砌而形成的空間。這個(gè)模型也是溶漲和凝聚現(xiàn)象的計(jì)算基礎(chǔ)。

墨水瓶孔都有孔頸?？讖绞禽^大孔隙的頸口，因此墨水瓶孔也可以看成是球形孔與筒形孔的組合。

沸石類的孔隙是穩(wěn)定的，但被“頸口”所控制，它可以被看作是筒形孔和墨水瓶孔的中間狀態(tài)。

版權(quán)聲明

本文來源：整理自最新出版的物理吸附基本知識的普及性讀物《物理吸附100問》，由吸附領(lǐng)域?qū)＜覘钫t編著。僅用于學(xué)術(shù)分享