BET測(cè)試常見(jiàn)問(wèn)題及解答
在做BET測(cè)試時(shí),科學(xué)指南針檢測(cè)平臺(tái)工作人員在與很多同學(xué)溝通中了解到,好多同學(xué)對(duì)此項(xiàng)目不太了解,針對(duì)此,科學(xué)指南針檢測(cè)平臺(tái)組織相關(guān)同事對(duì)BET測(cè)試進(jìn)行問(wèn)題收集并整理,希望可以幫助到科研圈的伙伴們;
1.Ⅱ類(lèi)吸附等溫線都有哪些特點(diǎn)?哪種多孔材料表現(xiàn)為Ⅱ類(lèi)吸附等溫線?
無(wú)孔或大孔材料產(chǎn)生的氣體吸附等溫線呈現(xiàn)可逆的I類(lèi)等溫線。其線形反映了不受限制的單層-多層吸附。如果膝形部分的曲線是尖銳的,應(yīng)該能看到拐點(diǎn)B ,它是中間幾乎線性部分的起點(diǎn)——該點(diǎn)通常對(duì)應(yīng)于單層吸附完成并結(jié)束;如果這部分曲線是更漸進(jìn)的彎曲(即缺少鮮明的拐點(diǎn)B),表明單分子層的覆蓋量和多層吸附的起始量疊加。
當(dāng)P/Po=1時(shí),還沒(méi)有形成平臺(tái),吸附還沒(méi)有達(dá)到飽和,多層吸附的厚度似乎可以無(wú)限制地增加。
2.Ⅲ類(lèi)吸附等溫線都有哪些特點(diǎn)?哪種多孔材料表現(xiàn)為Ⅲ類(lèi)吸附等溫線?
III型等溫線也屬于無(wú)孔或大孔固體材料。它不存在B點(diǎn),因此沒(méi)有可識(shí)別的單分子層形成;吸附材料-吸附氣體之間的相互作用相對(duì)薄弱,吸附分子在表面上在最有引力的部位周邊聚集。對(duì)比II型等溫線,在飽和壓力點(diǎn)(即,在P/Po=1處)的吸附量有限。
3.IV類(lèi)吸附等溫線都有哪些特點(diǎn)?哪種多孔材料表現(xiàn)為IV類(lèi)吸附等溫線?
IV型等溫線是來(lái)自介孔類(lèi)吸附劑材料(例如,許多氧化物膠體,工業(yè)吸附劑和介孔分子篩)。介孔的吸附特性是由吸附劑-吸附物質(zhì)的相互作用,以及在凝聚狀態(tài)下分子之間的相互作用決定的。在介孔中,介孔壁上最初發(fā)生的單層-多層吸附與I型等溫線的相應(yīng)部分路徑相同,但是,隨后在孔道中發(fā)生了凝聚。孔凝聚是這樣一種現(xiàn)象∶一種氣體在壓力P小于其液體的飽和壓力 P。時(shí),在一個(gè)孔道中冷凝成類(lèi)似液相。一個(gè)典型的IV型等溫線特征是形成最終吸附飽和的平臺(tái),但其平臺(tái)長(zhǎng)度是可長(zhǎng)可短(有時(shí)短到只有拐點(diǎn))。
IVa 型等溫線的特點(diǎn)是在毛細(xì)管凝聚后伴隨回滯環(huán)。當(dāng)孔寬超過(guò)一定的臨界寬度,開(kāi)始發(fā)生回滯??讓捜Q于吸附系統(tǒng)和溫度,例如,在筒形孔中的氮?dú)?77K 和氬氣/87K 吸附,臨界孔寬大于4nm。
具有較小寬度的介孔吸附材料符合IVb型等溫線,脫附曲線完全可逆。原則上,在錐形端封閉的圓錐孔和圓柱孔(盲孔)也具有IVb型等溫線。
4.H1 型回滯環(huán)都告訴我們哪些孔結(jié)構(gòu)信息?
孔徑分布較窄的圓柱形均勻介孔材料具有H1型回滯環(huán),例如,在模板化二氧化硅(MCM-41,MCM-48,SBA-15)、可控孔的玻璃和具有有序介孔的碳材料中都能看到H1型回滯環(huán)。通常在這種情況下,由于孔網(wǎng)效應(yīng)最小,其最明顯標(biāo)志就是回滯環(huán)的陡峭狹窄,這是吸附分支延遲凝聚的結(jié)果。但是,H1型回滯環(huán)也會(huì)出現(xiàn)在墨水瓶孔的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)中,其中"孔頸"的尺寸分布寬度類(lèi)似于孔道/空腔的尺寸分布的寬度(例如,3DOM 碳材料)。
5.H3 型回滯環(huán)都告訴我們哪些孔結(jié)構(gòu)信息?
H3見(jiàn)于層狀結(jié)構(gòu)的聚集體,產(chǎn)生狹縫的介孔或大孔材料。H3型的回滯環(huán)有兩個(gè)不同的特征∶
(i)吸附分支類(lèi)似于 II 型等溫吸附線;(ii)脫附分支的下限通常位于氣穴引起的P/P。壓力點(diǎn)。這種類(lèi)型的回滯環(huán)是片狀顆粒的非剛性聚集體的典型特征(如某些粘土)。另外,這些孔網(wǎng)都是由大孔組成,并且它們沒(méi)有被孔凝聚物完全填充。
6.H4 型回滯環(huán)都告訴我們哪些孔結(jié)構(gòu)信息?
H4型回滯環(huán)與H3型的回滯環(huán)有些類(lèi)似,但吸附分支是由I型和型等溫線復(fù)合組成,在P/P,的低端有非常明顯的吸附量,與微孔填充有關(guān)。H4型的回滯環(huán)通常發(fā)現(xiàn)于沸石分子篩的聚集晶體、 一些介孔沸石分子篩和微-介孔碳材料,是活性炭類(lèi)型含有狹窄裂隙孔的固體的典型曲線。
7.影響 BET 比表面分析結(jié)果的因素有哪些?
BET比表面積是物理吸附分析儀所能計(jì)算的參數(shù)中最容易得到的一個(gè),因?yàn)樗幕A(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)是取自吸附等溫線多層吸附的飽和階段,也是等溫線最平緩的一段。但是,其最終結(jié)果受到諸多因素影響,這就造成了在不同儀器和不同實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對(duì)時(shí)的誤差,誤差的來(lái)源包括如下原因∶
與樣品孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有關(guān)∶孔型越簡(jiǎn)單,結(jié)果越容易重現(xiàn);
與測(cè)試儀器的類(lèi)型有關(guān)∶一般來(lái)說(shuō),靜態(tài)容量法測(cè)得結(jié)果比動(dòng)態(tài)色譜法測(cè)得的結(jié)果更加準(zhǔn)確,這是由于前者測(cè)得的是吸附數(shù)據(jù),后者得到的是脫附數(shù)據(jù)。若樣品中存在不規(guī)則的孔,氮?dú)夥肿舆M(jìn)入孔道后,脫附時(shí),由于出口孔頸很小,就有可能因氣穴效應(yīng)或孔道阻塞不能蒸發(fā)出來(lái),造成脫附的數(shù)據(jù)失真。
與吸附氣體種類(lèi)有關(guān)∶對(duì)于含微孔樣品,不同的氣體大小不同,在孔道中擴(kuò)散速度不同,氣體 分子的極性與孔壁作用的程度不同,都會(huì)影響最終計(jì)算的準(zhǔn)確性。
8.為什么說(shuō) CO2是碳材料微孔分析的理想探針?
由于在低溫下(87K,77K)的動(dòng)力學(xué)限制,氬氣和氮?dú)馕綄?duì)極窄微孔的定性?xún)r(jià)值有限。解決這個(gè)問(wèn)題的最佳方案就是吸附氣體采用在273K的CO2(動(dòng)力學(xué)直徑0.33nm)。在273K 的冰點(diǎn)溫度時(shí),CO2的飽和蒸汽壓非常高(~3.5兆帕),所以微孔孔徑分析所需的壓力僅在中等范圍(~0.1至-100千帕)。而且在這樣高的溫度和相對(duì)壓力下,氣體擴(kuò)散非???,可進(jìn)入0.4納米以下的孔隙,得到高分辨的微孔分布圖。
但另一方面,在環(huán)境壓力下,用CO,在273K可以測(cè)量的最大相對(duì)壓力為P/P?!?.03,因此該方法只能用于研究1納米以下的微孔。
C02,在273K的吸附已成為研究具有極窄微孔的含碳材料的理想方法,并且已經(jīng)進(jìn)入到各種教科書(shū)中。然而,C0,不能用于具有極性表面基團(tuán)的微孔固體(如∶ 氧化物,沸石,MOF材料)的孔徑分析,因?yàn)镃02的四極矩作用比N的還大,難以在 C0,孔隙填充壓力與孔徑之間建立正確的函數(shù)關(guān)系。
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