氮气吸附法 ppt课件
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多孔材料的分析技术
— 氮气吸附法
主要内容
1.吸附现象
2.吸附理论
4.微孔结构分析
2020/10/28
3.中孔结构分析
2
精品资料
1.吸附现象
❖ 当气体或蒸汽与干净的固体接触时，一部分气体 被固体捕获，若气体体积恒定，则压力下降，若 压力恒定，则气体体积减小。从气相中消失的气 体分子或进入固体内部，或附着于固体表面。前 者被称为吸收（absorption），后者被称为吸附（ adsorption）
14 后现象。
H1型迟滞回线
❖ 均匀大小且形状规则 的孔
❖ 吸附时吸附质一层一 层的吸附在孔的表面 （孔径变小）
❖ 脱附时为弯月面
圆筒状孔道毛细凝聚（a）吸附（b）脱附示意
图
2020/10/28
15
2020/10/28
H2型迟滞回线
❖ 吸附分支由于发生毛细凝 聚现象儿逐渐上升；吸附 时凝聚在空口的液体为孔 体的吸附和凝聚提供蒸汽 。
❖ 第二阶段：多层吸附 ❖ 第三阶段：毛细凝聚。滞
后环的始点表示最小毛细 孔开始凝聚；滞后环的终 点表示最大的孔被凝聚液 充满。
❖ 滞后环后出现平台，表示 整个体系被凝聚液充满， 吸附量不再增加
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2020/10/28
2.吸附理论
IV型等温线
❖ Ⅴ型等温线很少遇到，而 且难以解释，虽然反映了 吸附质与吸附剂之间作用 微弱的Ⅲ型等温线特点， 但在高压区又表现出有孔 充填（毛细凝聚现象）。
❖多孔固体因毛细凝结（capillary condensation）而 引起的吸着作用也称为吸附作用
2020/10/28
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1.吸附现象
按吸附作用力性质的不同，可将吸附分为物 理吸附和化学吸附。
❖ 物理吸附：是由范得华力引起 的气体分子在固体表面及孔隙 中的冷凝过程。
❖ – 可发生单层吸附,多层吸附
❖ 低比压区与单层吸附有关，由于单层吸 附的可逆性，所以在低比压区不存在迟 滞现象
❖ 吸附时由孔壁的多分子层吸附和在空 中凝聚两种因素产生，而脱附仅由毛 细管凝聚所引起。
❖ 吸附时首先发生多分子层吸附，只有当 孔壁上的吸附层达到足够厚度时才能发 生凝聚现象。
❖ 在与吸附相同的比压下脱附时仅发生在 毛细管中的液面上的蒸汽，却不能使相 同比压下吸附的分子脱附。要使其脱附 ，就需要更小的比压，故出现脱附的滞
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2.吸附理论
毛细管凝结现象
❖ 根据Kelvin公式，凹液面 上的蒸汽压小于平液面上 的饱和蒸汽压，所以在小 于饱和蒸汽压时就有可能 在凹液面上发生蒸汽的凝 结，发生这种蒸汽凝结的 作用总是从小孔向大孔， 随着气体压力的增加，发 生气体凝结的毛细孔越来 越大，这种现象被称为毛 细凝结现象。
孔的毛细效应对 吸附等温线的影响
❖ 在较低的相对压力下（ <0.3，氮气吸附）微孔填 充不会观察到毛细管凝聚 现象。
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2020/10/28
2.吸来自百度文库理论
II型等温线：S 型等温线
❖ 大孔材料 ❖ 相对压力较低时，主
要是单分子层吸附，B 点对应于单分子层的 饱和吸附量 ❖ 饱和蒸汽压时，吸附 层无限大
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2020/10/28
2.吸附理论
III型等温线： 在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B
❖ 在憎液性表面发生多分子 层，或固体和吸附质的吸 附相互作用小于吸附质之 间的相互作用时
❖ 在低压区吸附量少且不出 现B点，表明吸附剂和吸 附质之间的作用力相当弱
❖ 相对压力越高，吸附量越 多，表现出有孔填充
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2.吸附理论
IV型等温线
❖ 介孔材料 ❖ 较低的相对压力下，单分
❖ H4也是狭缝孔，区别于粒子堆 集，是一些类似由层状结构产 生的孔。
❖ 开始凝聚时，由于气液界面是 大平面，只有当压力接近饱和 蒸汽压时才发生毛细凝聚（吸 附等温线类似Ⅱ型）。蒸发时 ，气液界面是圆柱状，只有当 相对压力满足 时，蒸发才能开始。
，认为是片状粒子堆积形成的 狭缝孔； ❖ 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。
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开始凝聚 2020/10/28
开始蒸发
H3和H4型迟滞回线
❖ 形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟 滞环
❖ – 非选择性吸附
❖ – 有可逆性
❖ 化学吸附：是气体分子与材料表 面的化学键合过程。
❖ – 只发生单层吸附 ❖ – 选择性吸附(特定气体主要H2,
CO, O2对体系中各组分的特定吸 附) ❖ – 无可逆性
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2.吸附理论
吸附平衡等温线
❖ 吸附平衡等温线分为吸 附和脱附两部分。吸附 平衡等温线的形状与材 料的孔组织结构有关。
❖ 根据IUPAC分类，具有6 种不同类型。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形 Ⅲ、Ⅴ型是凹形
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2.吸附理论
I型等温线：Langmuir型等温线
❖ 微孔材料（包括多数沸石 和类沸石分子筛）
❖ 由于吸附质与孔壁之间的 强相互作用，吸附开始在 很低的相对压力下。
❖ 由于吸附的分子之间的相 互作用，完全填满孔穴需 要提高相对压力
❖ 脱附分支在较低的相对压 力下突然下降；脱附时， 空口的液体阻挡孔体蒸发 处的气体，必须等到压力 小到一定程度。
❖ 等小孔径瓶颈中的液氮脱 附后，束缚于瓶中的液氮 气体会骤然逸出。
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H3和H4型迟滞回线
❖ 狭缝状孔道 ❖ 非均匀的孔呈现H3迟滞环 ❖ H3与H4相比高压端吸附量大
子层吸附
❖ 较高的相对压力下，吸附 质发生毛细管凝聚
❖ 所有孔发生凝聚后，吸附 只在远小于表面积的外表 面上发生，曲线平坦
❖ 在相对压力接近1时，在大 孔上吸附，曲线上升
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介孔的孔径越大，发生毛细管凝聚的压力越大
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2.吸附理论
IV型等温线
❖ 第一阶段：先形成单层吸 附，拐点B指示单分子层 饱和吸附量
脱附过程： ➢毛细凝聚后的液面曲率半径小于毛细凝聚前 ➢吸附质在孔壁接触角不为0，前进角大于后退角 氮气的吸附等温线滞后环闭合点 一般在P/P0=0.42~0.50之间。 此时毛细凝聚的张力等于液面的抗拉强度
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2020/10/28
2.吸附理论
迟滞现象（Hysteresis）
❖ 若吸附-脱附不完全可逆，则吸附-脱附 等温线是不重合的，这一现象称为迟滞 效应，即结果与过程有关，多发生在IV 型吸附平衡等温线。
— 氮气吸附法
主要内容
1.吸附现象
2.吸附理论
4.微孔结构分析
2020/10/28
3.中孔结构分析
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精品资料
1.吸附现象
❖ 当气体或蒸汽与干净的固体接触时，一部分气体 被固体捕获，若气体体积恒定，则压力下降，若 压力恒定，则气体体积减小。从气相中消失的气 体分子或进入固体内部，或附着于固体表面。前 者被称为吸收（absorption），后者被称为吸附（ adsorption）
14 后现象。
H1型迟滞回线
❖ 均匀大小且形状规则 的孔
❖ 吸附时吸附质一层一 层的吸附在孔的表面 （孔径变小）
❖ 脱附时为弯月面
圆筒状孔道毛细凝聚（a）吸附（b）脱附示意
图
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2020/10/28
H2型迟滞回线
❖ 吸附分支由于发生毛细凝 聚现象儿逐渐上升；吸附 时凝聚在空口的液体为孔 体的吸附和凝聚提供蒸汽 。
❖ 第二阶段：多层吸附 ❖ 第三阶段：毛细凝聚。滞
后环的始点表示最小毛细 孔开始凝聚；滞后环的终 点表示最大的孔被凝聚液 充满。
❖ 滞后环后出现平台，表示 整个体系被凝聚液充满， 吸附量不再增加
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2.吸附理论
IV型等温线
❖ Ⅴ型等温线很少遇到，而 且难以解释，虽然反映了 吸附质与吸附剂之间作用 微弱的Ⅲ型等温线特点， 但在高压区又表现出有孔 充填（毛细凝聚现象）。
❖多孔固体因毛细凝结（capillary condensation）而 引起的吸着作用也称为吸附作用
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1.吸附现象
按吸附作用力性质的不同，可将吸附分为物 理吸附和化学吸附。
❖ 物理吸附：是由范得华力引起 的气体分子在固体表面及孔隙 中的冷凝过程。
❖ – 可发生单层吸附,多层吸附
❖ 低比压区与单层吸附有关，由于单层吸 附的可逆性，所以在低比压区不存在迟 滞现象
❖ 吸附时由孔壁的多分子层吸附和在空 中凝聚两种因素产生，而脱附仅由毛 细管凝聚所引起。
❖ 吸附时首先发生多分子层吸附，只有当 孔壁上的吸附层达到足够厚度时才能发 生凝聚现象。
❖ 在与吸附相同的比压下脱附时仅发生在 毛细管中的液面上的蒸汽，却不能使相 同比压下吸附的分子脱附。要使其脱附 ，就需要更小的比压，故出现脱附的滞
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2.吸附理论
毛细管凝结现象
❖ 根据Kelvin公式，凹液面 上的蒸汽压小于平液面上 的饱和蒸汽压，所以在小 于饱和蒸汽压时就有可能 在凹液面上发生蒸汽的凝 结，发生这种蒸汽凝结的 作用总是从小孔向大孔， 随着气体压力的增加，发 生气体凝结的毛细孔越来 越大，这种现象被称为毛 细凝结现象。
孔的毛细效应对 吸附等温线的影响
❖ 在较低的相对压力下（ <0.3，氮气吸附）微孔填 充不会观察到毛细管凝聚 现象。
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2.吸来自百度文库理论
II型等温线：S 型等温线
❖ 大孔材料 ❖ 相对压力较低时，主
要是单分子层吸附，B 点对应于单分子层的 饱和吸附量 ❖ 饱和蒸汽压时，吸附 层无限大
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2020/10/28
2.吸附理论
III型等温线： 在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B
❖ 在憎液性表面发生多分子 层，或固体和吸附质的吸 附相互作用小于吸附质之 间的相互作用时
❖ 在低压区吸附量少且不出 现B点，表明吸附剂和吸 附质之间的作用力相当弱
❖ 相对压力越高，吸附量越 多，表现出有孔填充
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2.吸附理论
IV型等温线
❖ 介孔材料 ❖ 较低的相对压力下，单分
❖ H4也是狭缝孔，区别于粒子堆 集，是一些类似由层状结构产 生的孔。
❖ 开始凝聚时，由于气液界面是 大平面，只有当压力接近饱和 蒸汽压时才发生毛细凝聚（吸 附等温线类似Ⅱ型）。蒸发时 ，气液界面是圆柱状，只有当 相对压力满足 时，蒸发才能开始。
，认为是片状粒子堆积形成的 狭缝孔； ❖ 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。
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开始凝聚 2020/10/28
开始蒸发
H3和H4型迟滞回线
❖ 形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟 滞环
❖ – 非选择性吸附
❖ – 有可逆性
❖ 化学吸附：是气体分子与材料表 面的化学键合过程。
❖ – 只发生单层吸附 ❖ – 选择性吸附(特定气体主要H2,
CO, O2对体系中各组分的特定吸 附) ❖ – 无可逆性
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2.吸附理论
吸附平衡等温线
❖ 吸附平衡等温线分为吸 附和脱附两部分。吸附 平衡等温线的形状与材 料的孔组织结构有关。
❖ 根据IUPAC分类，具有6 种不同类型。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形 Ⅲ、Ⅴ型是凹形
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2.吸附理论
I型等温线：Langmuir型等温线
❖ 微孔材料（包括多数沸石 和类沸石分子筛）
❖ 由于吸附质与孔壁之间的 强相互作用，吸附开始在 很低的相对压力下。
❖ 由于吸附的分子之间的相 互作用，完全填满孔穴需 要提高相对压力
❖ 脱附分支在较低的相对压 力下突然下降；脱附时， 空口的液体阻挡孔体蒸发 处的气体，必须等到压力 小到一定程度。
❖ 等小孔径瓶颈中的液氮脱 附后，束缚于瓶中的液氮 气体会骤然逸出。
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H3和H4型迟滞回线
❖ 狭缝状孔道 ❖ 非均匀的孔呈现H3迟滞环 ❖ H3与H4相比高压端吸附量大
子层吸附
❖ 较高的相对压力下，吸附 质发生毛细管凝聚
❖ 所有孔发生凝聚后，吸附 只在远小于表面积的外表 面上发生，曲线平坦
❖ 在相对压力接近1时，在大 孔上吸附，曲线上升
2020/10/28
介孔的孔径越大，发生毛细管凝聚的压力越大
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2020/10/28
2.吸附理论
IV型等温线
❖ 第一阶段：先形成单层吸 附，拐点B指示单分子层 饱和吸附量
脱附过程： ➢毛细凝聚后的液面曲率半径小于毛细凝聚前 ➢吸附质在孔壁接触角不为0，前进角大于后退角 氮气的吸附等温线滞后环闭合点 一般在P/P0=0.42~0.50之间。 此时毛细凝聚的张力等于液面的抗拉强度
2020/10/28
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2.吸附理论
迟滞现象（Hysteresis）
❖ 若吸附-脱附不完全可逆，则吸附-脱附 等温线是不重合的，这一现象称为迟滞 效应，即结果与过程有关，多发生在IV 型吸附平衡等温线。