《教学分析》-比表面积及孔径分析简介
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平衡压力。
相对压力（relative pressure）:平衡压力P与饱和蒸气压P0的比值。 吸附等温线（adsorption isotherm）:恒定温度下，气体吸附量与气体平
衡压力之间的关系曲线。
2.3 化学吸附和物理吸附
化学吸附：被吸附的气体分子与固体之间以化学键结合，并对它们的性质 有一定影响的强吸附。
有孔和多孔物料具有外表面积和内表面积，如石棉纤维、岩（矿） 棉、硅藻土等。
不同固体物质比表面积差别很大， 通常用作吸附剂、脱水剂和催化 剂的固体物质比表面积较大。 比如氧化铝比表面通常在100－400㎡/g，分子筛300-2000㎡/g， 活 性碳可达1000㎡/g以上。
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况：
培训人： 张 曼 培训日期：2017-04-26
目录
比表面积和孔径的定义 吸附理论 比表面积的计算 孔容和孔径分析计算
1.1 比表面积的定义
比表面积S（specific surface area）：单位质量的粉体所具有的表面积总 和。分外表面积、内表面积两类。
公式：S=A/W
国标单位：㎡/g
理想的非孔性物料只具有外表面积，如硅酸盐水泥、一些粘土矿物 粉粒等；
α=f (T, p) T=常数 α=f ( p)称吸附等温线 p =常数 α=f (T)称吸附等压线 α=常数 p =f (T)称吸附等量线
(1-1) (1-2) (1-3) (1-4)
吸附等温线形式
假设温度控制在气体临界温度下，
α=f பைடு நூலகம் p/p0)
(1-5)
式中p0－－吸附质饱和蒸汽压
气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的气体体积容 量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为：
分子能从外部进入的孔叫做开孔(open pore)，分子不能从 外部进入的孔叫做闭孔 (closed pore)
1.3 孔的类型（示意图）
交联孔(开孔)
闭孔
通孔(开孔)
盲孔(开孔)
一些多孔材料的孔结构照片
1.4 孔形的分类
真实的孔道是不规则的，为了计算方便，我们都把它假设成规则的孔道，包括：
v= f ( p/p0)
(1-6)
吸附等温线是以压力为横坐标,恒温条件下吸附质在吸附剂上的 吸附量为纵坐标的曲线.通常用比压(相对压力)p/p0表示压力，p 为气体的真实压力，p0为气体在测量温度下的饱和蒸汽压.
2.4 吸附平衡等温线:
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
微孔
中孔（介孔）
大孔
目录
比表面积和孔径的定义 吸附理论 比表面积的计算 孔容和孔径分析计算
2.1 吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上的 过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的分子与相里面的分子所 受的作用力不同而引起的。
气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，就产生一个剩余力场， 这样就对气体分子产生吸附作用。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表 面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。
比表面积测定在行业中的应用
化工行业 建筑行业 电池行业 橡胶行业
催化剂 比表面积和孔径是衡量催化剂性能好坏的 重要指标
水泥 水泥的粘结性能（水化速率、早期强度等） 与比表面积密切相关
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、分子筛沸石和某些多孔氧化物，表
现出这种等温线。
储能型电池 储能材料的比表面积影响电池的性能
白炭黑 比表面积衡量炭黑补强剂性能的好坏
1.2 孔的定义
---- ISO15901
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。 不同的孔（微孔、介孔和大孔）可视作固体内的孔、通道或空腔， 或者是形成床层、压制体以及团聚体的固体颗粒间的空间（如裂 缝或空隙）。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面S/（m2/g）
6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时， 比表面增长了1000万倍。
物理吸附：被吸附的气体分子与固体之间以较弱的范德华力结合，而不影响 它们各自特性的吸附。
气体吸附过程的静态描述
吸附量表示方法
在一定条件下，用单位重量的固体吸附剂所吸附的吸附质的体积或物质的 量来表示。 （一般换算成标准状态STP）
吸附现象描述
在测定吸附量过程中发现，吸附剂吸附一种气体吸附质时，其吸附量（α）
筒形孔
裂隙孔
锥形孔
球形孔(墨水瓶孔)
空隙或裂缝
氧化物接近于筒形孔，活性炭则是典型的裂隙孔，而墨水瓶孔多存在于沸 石分子筛中。
1.5 孔径的分类 (IUPAC Standard)
IUPAC 定义的孔大小分为： 微孔（micropore） < 2nm 中孔（mesopore） 2～50nm 大孔（macropore） > 50nm
表面上吸附的气体量维持不变。
吸附量（amount adsorbate）:给定压力P下的吸附气体摩尔数。 单层吸附量（monolayer amount）:在吸附剂表面形成单分子层的吸附质
摩尔数
单层吸附容量（monolayer capacity）:单层吸附量的等效标准状态气
体体积
平衡吸附压力（equilibrium adsorption pressure）:吸附物质与吸附质的
2.2 吸附的相关概念
吸附剂（adsorbent）:具有吸附能力的固体物质. 吸附质（adsorptive）:被吸附剂所吸附的物质,(如氮气). 吸附过程（adsorption）:固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。 脱附过程（desorption）:气体在固体表面上的浓度减少的过程。
吸附平衡（adsorption equilibrium）:吸附速率与脱附速率相等时，
相对压力（relative pressure）:平衡压力P与饱和蒸气压P0的比值。 吸附等温线（adsorption isotherm）:恒定温度下，气体吸附量与气体平
衡压力之间的关系曲线。
2.3 化学吸附和物理吸附
化学吸附：被吸附的气体分子与固体之间以化学键结合，并对它们的性质 有一定影响的强吸附。
有孔和多孔物料具有外表面积和内表面积，如石棉纤维、岩（矿） 棉、硅藻土等。
不同固体物质比表面积差别很大， 通常用作吸附剂、脱水剂和催化 剂的固体物质比表面积较大。 比如氧化铝比表面通常在100－400㎡/g，分子筛300-2000㎡/g， 活 性碳可达1000㎡/g以上。
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况：
培训人： 张 曼 培训日期：2017-04-26
目录
比表面积和孔径的定义 吸附理论 比表面积的计算 孔容和孔径分析计算
1.1 比表面积的定义
比表面积S（specific surface area）：单位质量的粉体所具有的表面积总 和。分外表面积、内表面积两类。
公式：S=A/W
国标单位：㎡/g
理想的非孔性物料只具有外表面积，如硅酸盐水泥、一些粘土矿物 粉粒等；
α=f (T, p) T=常数 α=f ( p)称吸附等温线 p =常数 α=f (T)称吸附等压线 α=常数 p =f (T)称吸附等量线
(1-1) (1-2) (1-3) (1-4)
吸附等温线形式
假设温度控制在气体临界温度下，
α=f பைடு நூலகம் p/p0)
(1-5)
式中p0－－吸附质饱和蒸汽压
气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的气体体积容 量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为：
分子能从外部进入的孔叫做开孔(open pore)，分子不能从 外部进入的孔叫做闭孔 (closed pore)
1.3 孔的类型（示意图）
交联孔(开孔)
闭孔
通孔(开孔)
盲孔(开孔)
一些多孔材料的孔结构照片
1.4 孔形的分类
真实的孔道是不规则的，为了计算方便，我们都把它假设成规则的孔道，包括：
v= f ( p/p0)
(1-6)
吸附等温线是以压力为横坐标,恒温条件下吸附质在吸附剂上的 吸附量为纵坐标的曲线.通常用比压(相对压力)p/p0表示压力，p 为气体的真实压力，p0为气体在测量温度下的饱和蒸汽压.
2.4 吸附平衡等温线:
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
微孔
中孔（介孔）
大孔
目录
比表面积和孔径的定义 吸附理论 比表面积的计算 孔容和孔径分析计算
2.1 吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上的 过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的分子与相里面的分子所 受的作用力不同而引起的。
气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，就产生一个剩余力场， 这样就对气体分子产生吸附作用。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表 面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。
比表面积测定在行业中的应用
化工行业 建筑行业 电池行业 橡胶行业
催化剂 比表面积和孔径是衡量催化剂性能好坏的 重要指标
水泥 水泥的粘结性能（水化速率、早期强度等） 与比表面积密切相关
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、分子筛沸石和某些多孔氧化物，表
现出这种等温线。
储能型电池 储能材料的比表面积影响电池的性能
白炭黑 比表面积衡量炭黑补强剂性能的好坏
1.2 孔的定义
---- ISO15901
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。 不同的孔（微孔、介孔和大孔）可视作固体内的孔、通道或空腔， 或者是形成床层、压制体以及团聚体的固体颗粒间的空间（如裂 缝或空隙）。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面S/（m2/g）
6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时， 比表面增长了1000万倍。
物理吸附：被吸附的气体分子与固体之间以较弱的范德华力结合，而不影响 它们各自特性的吸附。
气体吸附过程的静态描述
吸附量表示方法
在一定条件下，用单位重量的固体吸附剂所吸附的吸附质的体积或物质的 量来表示。 （一般换算成标准状态STP）
吸附现象描述
在测定吸附量过程中发现，吸附剂吸附一种气体吸附质时，其吸附量（α）
筒形孔
裂隙孔
锥形孔
球形孔(墨水瓶孔)
空隙或裂缝
氧化物接近于筒形孔，活性炭则是典型的裂隙孔，而墨水瓶孔多存在于沸 石分子筛中。
1.5 孔径的分类 (IUPAC Standard)
IUPAC 定义的孔大小分为： 微孔（micropore） < 2nm 中孔（mesopore） 2～50nm 大孔（macropore） > 50nm
表面上吸附的气体量维持不变。
吸附量（amount adsorbate）:给定压力P下的吸附气体摩尔数。 单层吸附量（monolayer amount）:在吸附剂表面形成单分子层的吸附质
摩尔数
单层吸附容量（monolayer capacity）:单层吸附量的等效标准状态气
体体积
平衡吸附压力（equilibrium adsorption pressure）:吸附物质与吸附质的
2.2 吸附的相关概念
吸附剂（adsorbent）:具有吸附能力的固体物质. 吸附质（adsorptive）:被吸附剂所吸附的物质,(如氮气). 吸附过程（adsorption）:固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。 脱附过程（desorption）:气体在固体表面上的浓度减少的过程。
吸附平衡（adsorption equilibrium）:吸附速率与脱附速率相等时，