43全自动比表面及孔隙度分析仪解析
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§3.5 全自动比表面及孔隙度分析仪
Automatic surface area and porosity analyzer
பைடு நூலகம்
引言
比表面积和孔径分布 是表征多相催化剂物化性 能的两个重要参数。一个催化剂的比表面积大小常 常与催化剂活性的高低有密切关系，孔径的大小往 往决定着催化反应的选择性。
定义
比表面积 ：单位质量物质的总表面积（ m2/g）， 是超细粉体材料 特别是纳米材料 最重要的物性之一。
基本原理
在等温条件下，通过测定不同压力下材料对气体 的吸附量 , 获得等温吸附线，应用适当的数学模型推 算材料的 比表面积 , 多孔材料的 孔容积 及孔径分布 ， 多组分或载体催化剂的 活性组分分散度。
150
120
[cc/g] 90
STP
me Volu
60
30
Sachtopore 60 Sachtopore 100 Sachtopore 300 Sachtopore 1000 Sachtopore 2000
可以观察到 迟滞回线。 ? 在p/p0值较高的区域可观察到一个平台，有时以
等温线的最终转而向上结束 (不闭合)。
V和VI型等温线的特点
? V型等温线的特征是向相对压力轴凸起。 V型等温 线来源于微孔和介孔固体上的弱气－固相互作用， 而且相对不常见。
? V型等温线以其吸附过程的 台阶状特性 而著称。这 些台阶来源于 均匀非孔表面 的依次多层吸附。这种 等温线的完整形式，不能由液氮温度下的氮气吸附 来获得。
（3）B点法
当C值很大时， B点对应第一层吸附达到饱 和，其吸附量 VB近似等于Vm，由Vm求出吸附剂 的比表面积。
（4）单点法
氮吸附时 C常数一般都在 50-300之间，所 以在BET作图时截距常常很小，在比较粗略的
计算中可忽略，即把 p/p0在0.05~0.25左右的一个 实验点和原点相连，由它的斜率的倒数计算 Vm 值，再求算比表面积。
石和某些多孔氧化物 ，表现出这种等温线。
II型和III等温线的特点
? II型等温线一般由 非孔或大孔固体 产生。B点通 常被作为单层吸附容量结束的标志。
? III型等温线以向相对压力轴凸出为特征。这种 等温线在 非孔或大孔固体上发生弱的气－固相 互作用时出现，而且 不常见。
IV型等温线的特点
? IV型等温线由 介孔固体 产生。 ? 典型特征是 等温线的吸附曲线与脱附曲线不一致 ，
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
P/P 0
由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC ）提出 的物理吸附等温线分类
I型等温线的特点
? 在低相对压力区域，气体吸附量有一个快速增长。 这归因于微孔填充 。
? 随后的水平或近水平平台表明，微孔已经充满，没 有或几乎没有进一步的吸附发生。
? 达到饱和压力时，可能出现吸附质凝聚。 ? 外表面相对较小的微孔固体，如活性炭、分子筛沸
孔：固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹 坑深度大于凹坑直径就成为孔。
微孔（micropore） < 2nm 中孔（mesopore） 2~50nm 大孔（macropore） 50~7500nm 巨孔（megapore） > 7500nm（大气压下水银可进入）
孔容积或孔隙率： 单位质量的孔容积， m3/g
各类孔相应的测试方法
微孔： 低温静态容量法测定。液氮温度下，用氪气作 为吸附气体。（在液氮温度下，氪气的饱和蒸 气压为3~5mmHg， p/p0的p就可以很小）。
中孔： 低温静态容量法测定。液氮温度下，以氮气作 为吸附气体。
大孔： 压泵法测定。
全自动比表面积及孔隙度分析仪 Gemini V2380
测定比表面的方法很多，其中氮吸附法是最常用、 最可靠的方法，已列入国际标准和我国国家标准。氮吸 附法分为静态容量法、静态重量法和动态法（又称连续 流动色谱法）三种。
BET法是BET比表面积检测法的简称，该方法是依 据著名的BET理论为基础而得名。BET是三位科学家 （Brunauer、Emmett和Teller）的首字母缩写，三位科 学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上， 即著名的BET方程，成为了颗粒表面吸附科学的理论基 础，并被广泛应用于颗粒表面吸附性能研究及相关检测 仪器的数据处理中。
该仪器主要用于固体粉末的测试，可以得到等温吸附-脱附曲线（达到1000个数 据点），单点，多点BET比表面，Langmuir比表面，总孔体积，应用Halsey， Harkins-Jura曲线，通过T-PLOT方法计算微孔的总孔体积和面积等。
BET吸附等温方程
（1）吸附等温方程： BET理论的吸附模型是建立在 Langmuir吸附模型基础上的，同时认为物理吸附可分 多层方式进行，且不等表面第一层吸满，在第一层之上 发生第二层吸附，第二层上发生第三层吸附，……，吸 附平衡时，各层均达到各自的吸附平衡，最后可导出：
式中，C为常数 此即一般形式的BET等温方程，因为实验的目的是 要求出C和Vm，故又称为BET二常数公式。
（2）BET比表面积：
实验测定固体的吸附等温线，可得到一系 列不同压力 p下的吸附量值 V，将p/V(p0-p)对p/p0 作图，为一直线，截距为 1/VmC，斜率为(C1)/VmC。
Vm=1/( 截距 +斜率 )
吸附剂的比表面积： SBET=Vm·L·σm
?此公式目前测比表面应用最多；
?以77K，氮气吸附为准，此时 σm=16.2 ? 2
利用低温氮物理吸附(静态容量法)原理，即低温下（通常在液氮温度下），物质 的吸附为物理吸附，可以通过质量平衡方程、静态气体平衡和压力测定来测定吸附 过程。已知量气体由气路充入样品管后，会引起压力下降，由此计算吸附平衡时被 吸附气体的摩尔质量，从而确定等温吸附 -脱附曲线并利用理论模型来等效求出被测 样品的比表面积和孔径分布参数。
?BET二常数公式适合的 p/p0范围：0.05~0.25
用BET法测定固体比表面，最常用的吸附质是 氮气，吸附温度在其液化点 77.2K附近。
低温可以避免化学吸附的发生。将相对压力控 制在0.05~0.25之间，是因为当相对压力低于 0.05时， 不易建立多层吸附平衡；高于 0.25时，容易发生 毛 细管凝聚 作用。
Automatic surface area and porosity analyzer
பைடு நூலகம்
引言
比表面积和孔径分布 是表征多相催化剂物化性 能的两个重要参数。一个催化剂的比表面积大小常 常与催化剂活性的高低有密切关系，孔径的大小往 往决定着催化反应的选择性。
定义
比表面积 ：单位质量物质的总表面积（ m2/g）， 是超细粉体材料 特别是纳米材料 最重要的物性之一。
基本原理
在等温条件下，通过测定不同压力下材料对气体 的吸附量 , 获得等温吸附线，应用适当的数学模型推 算材料的 比表面积 , 多孔材料的 孔容积 及孔径分布 ， 多组分或载体催化剂的 活性组分分散度。
150
120
[cc/g] 90
STP
me Volu
60
30
Sachtopore 60 Sachtopore 100 Sachtopore 300 Sachtopore 1000 Sachtopore 2000
可以观察到 迟滞回线。 ? 在p/p0值较高的区域可观察到一个平台，有时以
等温线的最终转而向上结束 (不闭合)。
V和VI型等温线的特点
? V型等温线的特征是向相对压力轴凸起。 V型等温 线来源于微孔和介孔固体上的弱气－固相互作用， 而且相对不常见。
? V型等温线以其吸附过程的 台阶状特性 而著称。这 些台阶来源于 均匀非孔表面 的依次多层吸附。这种 等温线的完整形式，不能由液氮温度下的氮气吸附 来获得。
（3）B点法
当C值很大时， B点对应第一层吸附达到饱 和，其吸附量 VB近似等于Vm，由Vm求出吸附剂 的比表面积。
（4）单点法
氮吸附时 C常数一般都在 50-300之间，所 以在BET作图时截距常常很小，在比较粗略的
计算中可忽略，即把 p/p0在0.05~0.25左右的一个 实验点和原点相连，由它的斜率的倒数计算 Vm 值，再求算比表面积。
石和某些多孔氧化物 ，表现出这种等温线。
II型和III等温线的特点
? II型等温线一般由 非孔或大孔固体 产生。B点通 常被作为单层吸附容量结束的标志。
? III型等温线以向相对压力轴凸出为特征。这种 等温线在 非孔或大孔固体上发生弱的气－固相 互作用时出现，而且 不常见。
IV型等温线的特点
? IV型等温线由 介孔固体 产生。 ? 典型特征是 等温线的吸附曲线与脱附曲线不一致 ，
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0.2
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0.6
0.8
1
P/P 0
由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC ）提出 的物理吸附等温线分类
I型等温线的特点
? 在低相对压力区域，气体吸附量有一个快速增长。 这归因于微孔填充 。
? 随后的水平或近水平平台表明，微孔已经充满，没 有或几乎没有进一步的吸附发生。
? 达到饱和压力时，可能出现吸附质凝聚。 ? 外表面相对较小的微孔固体，如活性炭、分子筛沸
孔：固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹 坑深度大于凹坑直径就成为孔。
微孔（micropore） < 2nm 中孔（mesopore） 2~50nm 大孔（macropore） 50~7500nm 巨孔（megapore） > 7500nm（大气压下水银可进入）
孔容积或孔隙率： 单位质量的孔容积， m3/g
各类孔相应的测试方法
微孔： 低温静态容量法测定。液氮温度下，用氪气作 为吸附气体。（在液氮温度下，氪气的饱和蒸 气压为3~5mmHg， p/p0的p就可以很小）。
中孔： 低温静态容量法测定。液氮温度下，以氮气作 为吸附气体。
大孔： 压泵法测定。
全自动比表面积及孔隙度分析仪 Gemini V2380
测定比表面的方法很多，其中氮吸附法是最常用、 最可靠的方法，已列入国际标准和我国国家标准。氮吸 附法分为静态容量法、静态重量法和动态法（又称连续 流动色谱法）三种。
BET法是BET比表面积检测法的简称，该方法是依 据著名的BET理论为基础而得名。BET是三位科学家 （Brunauer、Emmett和Teller）的首字母缩写，三位科 学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上， 即著名的BET方程，成为了颗粒表面吸附科学的理论基 础，并被广泛应用于颗粒表面吸附性能研究及相关检测 仪器的数据处理中。
该仪器主要用于固体粉末的测试，可以得到等温吸附-脱附曲线（达到1000个数 据点），单点，多点BET比表面，Langmuir比表面，总孔体积，应用Halsey， Harkins-Jura曲线，通过T-PLOT方法计算微孔的总孔体积和面积等。
BET吸附等温方程
（1）吸附等温方程： BET理论的吸附模型是建立在 Langmuir吸附模型基础上的，同时认为物理吸附可分 多层方式进行，且不等表面第一层吸满，在第一层之上 发生第二层吸附，第二层上发生第三层吸附，……，吸 附平衡时，各层均达到各自的吸附平衡，最后可导出：
式中，C为常数 此即一般形式的BET等温方程，因为实验的目的是 要求出C和Vm，故又称为BET二常数公式。
（2）BET比表面积：
实验测定固体的吸附等温线，可得到一系 列不同压力 p下的吸附量值 V，将p/V(p0-p)对p/p0 作图，为一直线，截距为 1/VmC，斜率为(C1)/VmC。
Vm=1/( 截距 +斜率 )
吸附剂的比表面积： SBET=Vm·L·σm
?此公式目前测比表面应用最多；
?以77K，氮气吸附为准，此时 σm=16.2 ? 2
利用低温氮物理吸附(静态容量法)原理，即低温下（通常在液氮温度下），物质 的吸附为物理吸附，可以通过质量平衡方程、静态气体平衡和压力测定来测定吸附 过程。已知量气体由气路充入样品管后，会引起压力下降，由此计算吸附平衡时被 吸附气体的摩尔质量，从而确定等温吸附 -脱附曲线并利用理论模型来等效求出被测 样品的比表面积和孔径分布参数。
?BET二常数公式适合的 p/p0范围：0.05~0.25
用BET法测定固体比表面，最常用的吸附质是 氮气，吸附温度在其液化点 77.2K附近。
低温可以避免化学吸附的发生。将相对压力控 制在0.05~0.25之间，是因为当相对压力低于 0.05时， 不易建立多层吸附平衡；高于 0.25时，容易发生 毛 细管凝聚 作用。