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共价有机框架材料的气体吸附表征方法

时间:2022-11-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:通过分析气体吸附等温线可以得到材料的孔体积、孔径分布、比表面积以及粒度分布等信息。Ⅲ型等温线、在整个压力范围内凹向下,曲线没有拐点B。由于毛细管凝聚,在这个区内,有可能观察到滞后现象,即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合。从以上的介绍可以看出,等温线的形状与吸附质和吸附剂的性质密切相联系。因此对等温线的研究可以获取有关吸附剂和吸附质性质的信息。

气体吸附法是测量所有表面的最佳方法,包括不规则的表面和开孔内部的面积。吸附量是温度、压力和亲和力或作用能的函数。物理吸附一般是弱的可逆吸附,固体必须被冷却,并且确定一种方法从可能的单分子覆盖中计算表面积。通过分析气体吸附等温线可以得到材料的孔体积、孔径分布、比表面积以及粒度分布等信息。较常见的有五种吸附曲线(见图5-19)。等温线图上的纵坐标为吸附量或覆盖度,横坐标为相对压力。

Ⅰ型等温线又称Langmuir等温线。曲线的平台部分先前解释为单分子层吸附达到饱和。但是这种类型的等温线对非孔性吸附剂较为少见,却对含有甚小孔的一些物质,如某些活性炭、硅胶及沸石等,是很通常的。因而,对后面这些物质,现在一般认为,平台可能对应的是吸附剂的小孔完全被凝聚液充满,而不是单层吸附的饱和。另外,Langmuir等温线同时也描述可逆的化学吸附过程。

图5-19 五种类型吸附等温线

Ⅱ型等温线有时称为s型等温线。与Ⅳ型等温线一样,两者在低的相对压力P/P0区都有拐点B。拐点B相当于单分子层吸附的完成。这种类型的等温线,在吸附剂孔径大于20nm时常遇到。在低P/P0区,曲线凸向上或凹向下,反映了吸附质与吸附剂相互作用的强或弱。

Ⅲ型等温线、在整个压力范围内凹向下,曲线没有拐点B。此种吸附甚为少见。曲线下凹表明此种吸附所凭借的作用力相当弱,吸附质对固体不浸润时的吸附,如水在石墨上的吸附即属此例。

Ⅳ型等温线的开始部分,即低P/P0区,与Ⅱ型等温线类似凸向上。在较高P/P0区,吸附显著增加,这可能是发生了毛细管凝聚的结果。由于毛细管凝聚,在这个区内,有可能观察到滞后现象,即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合。

Ⅴ型等温线在实际上也比较少见。在较高P/P0区也存在着毛细管凝聚与滞后。

从以上的介绍可以看出,等温线的形状与吸附质和吸附剂的性质密切相联系。因此对等温线的研究可以获取有关吸附剂和吸附质性质的信息。比如,从Ⅱ或Ⅳ型等温线可以计算固体比表面积。因为Ⅳ型等温线是具有中等孔(孔径在2~50nm间)特征的表现,且同时具有拐点B和滞后环,因而被用于中等范围孔的孔分布计算。

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