氮气吸附法(等温吸附)
n2 物理吸附-脱附表征
n2 物理吸附-脱附表征
物理吸附-脱附表征是指利用吸附-脱附技术来研究材料的表面
性质和孔隙结构。
这种技术主要用于研究吸附剂、催化剂和多孔材
料等。
在物理吸附-脱附表征中，常用的技术包括氮气吸附法（BET 法）、氩气吸附法、比表面积测定法、孔体积测定法等。
首先，物理吸附-脱附表征可以通过氮气吸附法来评估材料的比
表面积。
氮气吸附法是利用氮气在不同相对压力下吸附到材料表面
的原理来测定材料的比表面积。
通过绘制吸附等温线和脱附等温线，可以计算出材料的比表面积，进而了解材料的表面活性和孔隙结构。
其次，物理吸附-脱附表征也可以通过氩气吸附法来评估材料的
孔体积。
氩气吸附法利用氩气分子在不同相对压力下进入材料孔隙
的原理，来测定材料的孔体积分布。
通过分析吸附等温线和脱附等
温线的形状，可以得到材料的孔体积分布信息，从而了解材料的孔
隙结构特征。
另外，物理吸附-脱附表征还可以结合比表面积测定法和孔体积
测定法来全面评估材料的吸附性能。
比表面积和孔体积是影响材料
吸附性能的重要因素，通过综合分析两者的数据，可以更全面地了
解材料的吸附-脱附特性，为材料的应用提供重要参考。
总的来说，物理吸附-脱附表征是一种重要的材料表征技术，通过测定材料的比表面积和孔体积等参数，可以全面了解材料的表面性质和孔隙结构特征，为材料的研究和应用提供重要的参考依据。
氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用原理
Science and Technology & Innovation┃科技与创新
氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布 方面的应用原理
谢潇
（陕西省土地工程建设集团责任有限公司，陕西 西安 710075； 陕西省地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075； 自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；
将 N 和σ的具体数据代入式（1），由此，通过氮气吸附法获
得测试结果，材料的比表面积为：
Sg
4.36Vm W
（2）
在式（2）中，比表面积 Sg 的单位为 cm2。
从上面的描述可以看出，如果需要计算某材料的比表面
积，须知道氮气在其孔隙内表面的单层吸附量 Vm。实际在
大多数情况下，氮气在材料的孔隙中并非是单层吸附，也就
孔隙体积随孔径的变化率。比表面积和孔径分布一定程度上 代表着材料的微观结构特征，并且对材料的许多宏观特性有 很大的影响[1-3]。因而，准确测定材料的比表面积和孔径分 布对于材料的宏观物理力学特性等具有十分重要的意义。
多孔材料的比表面积和孔隙形貌的测定方法主要有压 汞法、气体吸附法、流体通过法、X 射线层析摄像（照相） 法和显微观测统计法等[3]。后两者是先获得微结构照片，然 后再利用图像分析处理软件等对获得的图片进行处理和统 计，得到土体的比表面积和孔径分布特征，缺点是对图像处 理技术的要求比较高，过程复杂。气体吸附法、压汞法、流 体通过法可从实验测试结果中直接对数据进行处理，得到孔 径分布及比表面积等。而压汞法所产生的废汞若处理不当会 对环境造成一定的破坏；流体通过法受多种因素的影响，一 般测得的结果偏低；而氮气吸附法的应用范围广，是一种研 究固体材料结构特性的重要且有效手段[4]。该方法借助氮分 子作为一个标尺，来度量材料的表面积与孔容[5]。可用于测 量大约 0.1～2 000 m2/g 范围内的比表面积以及 3～200 nm 范 围内的孔径[5]。其测试原理科学，测试过程可靠，在多孔材 料的比表面积及孔径分布测定中发挥了重要的作用。 2 氮气吸附法测量比表面积原理
n2吸附脱附等温线
n2吸附脱附等温线N2吸附脱附等温线是一种非常重要的表征物质吸附性能的方法，它可以揭示吸附剂和被吸附物质之间的相互作用和特性，为材料科学和化学领域的研究提供有力的支持。
下面我们来详细了解一下N2吸附脱附等温线的含义和应用。
一、N2吸附脱附等温线的基本概念N2吸附脱附等温线是指在一定温度下，将氮气吸附在样品表面并测量其吸附量和压力的变化，绘制出的吸附等温线图，也称为氮气吸附等温线。
其中，吸附等温线的坐标轴分别表示吸附剂(N2)的相对压力和吸附剂占据吸附剂和被吸附物质之间孔隙体积的百分比，即孔隙率。
通过N2吸附脱附等温线，我们可以获得吸附材料的许多物理性质，如孔径分布、比表面积、介孔体积、孔隙体积分布等等。
此外，它还可以用于评估吸附材料的性能，如吸附机理、吸附剂敏感性、吸附剂稳定性等等。
二、N2吸附脱附等温线的类型N2吸附脱附等温线通常可以分为五种类型，分别是：1.类型I等温线：由于大孔单一，吸附剂分子直接填充孔隙，通常见于膨胀型和树脂类物质。
2.类型II等温线：在低相对压力下出现很平缓的区域，表示大孔口发生准孔道狭窄，通常见于有孔型结构物质。
3.类型III等温线：表明孔径分布主要集中在介孔范围内，峰值很明显，通常见于沸石类、硅铝酸盐和金属有机骨架类材料等。
4.类型IV等温线：表示孔径分布主要在微孔范围内，吸附值随着相对压力增加快速上升，并达到饱和。
该类型等温线通常见于炭类和氧化钨等材料。
5.类型V等温线：由于孔径很小，需要强烈的吸附力才能使吸附剂进入其孔内。
该类型等温线通常见于碳分子筛和介孔硅材料等。
三、N2吸附脱附等温线的应用N2吸附脱附等温线在科学研究和工业应用中具有广泛的应用。
以下为具体应用：1. 材料表征：N2吸附脱附等温线可以揭示材料的孔径分布、比表面积、孔隙体积分布等，为材料表征提供了重要的信息。
2. 催化剂研究：N2吸附脱附等温线可以对催化剂进行活性研究，评估催化剂的比表面积和孔隙结构等性质，进而优化催化剂性能。
氮气吸附法(等温吸附)
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 – 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
6
T图法
T图法计算微孔分子筛的总表面积和微孔体积
采用标准化的v—t图法 (1)根据氮吸附数据计算i=1,2,…,n各点的t值;
113 .99 ti 0 . 034 lg p p i 0
12
T图法
(2)根据得到的t图求出斜率St(外表面积)和截距It(孔体积), 并计算t面积,
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
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 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。
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
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 。 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。
氮气吸附法在测定材料比表面积和孑L径分布方面的应用原理
氮气吸附法在测定材料比表面积和孑L径分布方面的应用原理氮气吸附法是一种常用的测定材料比表面积和孔径分布的方法，它是通过将氮气吸附到材料表面并测量吸附量来确定材料的比表面积和孔径分布。
该方法在材料科学、化学工程和环境科学等领域有着广泛的应用，对于材料的表面结构和性能研究具有重要意义。
本文将从氮气吸附法的原理、仪器设备和实验操作等方面进行详细介绍，以帮助读者了解该方法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用原理。
一、氮气吸附原理氮气吸附法是利用氮气分子在低温下吸附于材料表面的原理来测定材料的比表面积和孔径分布。
在氮气吸附实验中，首先将试样置于低温下，然后通过调节不同压力的氮气，使氮气分子在试样表面吸附。
根据氮气的吸附量，可计算出材料的比表面积和孔径分布等参数。
氮气分子是一种较小的分子，在常温下呈气态，它的分子大小适中，可以被吸附于材料的微观孔隙内，与大部分材料都可以发生吸附作用。
而在低温下，氮气分子的活性和扩散性会增加，使其更容易与材料表面发生相互作用。
利用氮气在低温下吸附于材料表面的原理，可以有效地测定材料的比表面积和孔径分布。
二、氮气吸附实验仪器设备进行氮气吸附实验需要使用氮气吸附仪，常用的氮气吸附仪有BET表面积分析仪、采用等温吸附法（BET法）和非等温吸附法（BJH法）的自动比表面积分析仪等。
这些仪器设备通常由样品腔、吸附系统、真空系统、低温系统等部分组成，可以实现对材料的比表面积和孔径分布进行精确测定。
在氮气吸附实验中，样品腔用于放置试样，吸附系统用于注入氮气，并测量吸附量，真空系统用于去除腔体内的气体，低温系统用于降低试样温度。
这些部分相互配合，可以实现对试样的氮气吸附实验。
进行氮气吸附实验时，首先需要对试样进行预处理，在真空条件下去除试样中的水分和有机物等杂质，保证试样的表面干净。
然后将试样放置于样品腔内，通过真空系统将腔体内的气体去除，并将试样冷却到低温。
在试样冷却稳定后，可以开始氮气吸附实验。
化学作用力的测定
化学作用力的测定化学作用力是物质之间相互作用的结果，我们可以通过实验来测定不同物质之间的化学作用力，从而更好地了解物质的性质和特点。
本文将介绍几种常用的方法来测定化学作用力，包括凝聚能测定、电化学方法和分子模拟等。
凝聚能测定凝聚能是描述物质分子之间相互作用的能量，通过测定凝聚能可以间接评估物质分子间的化学作用力。
实验中，常用的凝聚能测定方法包括比表面积法、氮气吸附法和等温吸附法。
比表面积法是通过测定吸附在固体表面上的气体分子来计算固体的比表面积，进而得出凝聚能。
氮气吸附法则是利用固体表面对氮气的吸附量来推导出固体的微细孔结构和化学作用力强度。
等温吸附法则通过实验测定在不同温度下气体吸附在固体表面上的量，进一步分析固体的化学吸附活性。
电化学方法电化学方法是通过在物质之间施加电场或测定物质的电导率来测定化学作用力的强弱。
最常用的电化学方法包括电导率测定、循环伏安法和电化学阻抗谱法。
电导率测定法是通过在物质中施加电压，测定通过物质的电流来评估物质中的离子活性和传导性。
循环伏安法则是利用施加交变电位来观察物质在不同电压下的电化学反应过程，分析物质的化学作用力。
电化学阻抗谱法则是通过在物质中施加不同频率的电压信号，测定电流响应并推导出物质的电化学性质。
分子模拟分子模拟是一种计算化学方法，通过在计算机上模拟分子之间的相互作用来预测化学作用力的强度。
常用的分子模拟方法包括分子动力学模拟、量子化学计算和Monte Carlo模拟。
分子动力学模拟是通过数值模拟分子在力场作用下的运动轨迹来评估分子之间的相互作用，进而推导出化学作用力的强度。
量子化学计算是利用量子力学原理来预测分子间的相互作用能量，从而得出化学作用力。
Monte Carlo模拟则是通过随机抽样的方法来模拟分子之间的相互作用，计算化学作用力的强度。
综上所述，通过凝聚能测定、电化学方法和分子模拟等多种实验和计算方法，我们能够准确测定化学作用力的强度，帮助我们更好地理解物质结构和性质。
氮气等温线及算比表面和孔径分布
氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(I型，II型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈?型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(???型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。
BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如?型中如最后上扬，则粒子未必均匀。
平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数1.液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm2.标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL3.STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
从图中可看出，在低压段吸附量平缓增加，此时N2 分子以单层到多层吸附在介孔的内表面，对有序介孔材料用BET方法计算比表面积时取相对压力p/p0 = 0.10~0.29比较适合。
氮气等温气吸附曲线类型
氮气等温气吸附曲线类型
氮气等温吸附曲线通常可以分为几种类型，主要包括Langmuir 型吸附曲线、BET型吸附曲线和Freundlich型吸附曲线。
首先是Langmuir型吸附曲线，这是描述单层吸附的经典模型。
在Langmuir型吸附曲线中，吸附量随着压力的增加而迅速上升，但随后逐渐趋于饱和，最终形成一个饱和吸附平台。
Langmuir型吸附曲线适用于在低温下发生的吸附过程，且吸附分子之间相互作用较弱的情况。
其次是BET型吸附曲线，BET（Brunauer-Emmett-Teller）模型是用来描述多层吸附的模型。
在BET型吸附曲线中，随着压力的增加，吸附量也会迅速上升，但与Langmuir型不同的是，BET型吸附曲线在饱和后仍然会呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为在多层吸附过程中，吸附分子之间会发生相互作用，导致吸附量的增加。
最后是Freundlich型吸附曲线，这是一种描述非均匀或多层吸附的模型。
Freundlich型吸附曲线在低压下呈线性增长，随后逐渐趋于饱和。
与Langmuir型和BET型不同的是，Freundlich型吸附曲线在整个吸附过程中都表现出非线性特征，适用于描述非均匀表
面或者多层吸附的情况。
总的来说，氮气等温吸附曲线的类型取决于吸附系统的性质、温度、压力等因素。
通过对吸附曲线的类型进行分析，可以更好地理解吸附过程的特性和机制。
希望以上回答能够满足你的要求。
氮气吸附法
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
❖ 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。
❖ 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
2.吸附理论
IV型等温线
❖ 介孔材料 ❖ 较低的相对压力下，单分
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
❖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
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
❖ – 非选择性吸附
❖ – 有可逆性
的直线范围一般是在p/p0 0.05-0.35之间。 *C常数与吸附质和表面之间作用力场的强弱有关。给定不同 的C值，并以v/vm对p/p0作图，就得到下图的一组曲线。
BET法
常数c作参数，以吸附重量或 吸附体积（W/Wm或V/Vm） 对x=P/P0作图。 a)c﹥2 ， II型吸附等温线; b)c﹤2， III型吸附等温线 BET公式适用比压范围: 0.05≤x≤0.35
氮气吸附-2
Sg: 被测样品比表面积 (m2/g) Vm: 标准状态下氮气分子单层饱和吸附量 （ml） Am: 氮分子等效最大横截面积（密排六方理 论值Am = 0.162 nm2） W: 被测样品质量（g） N: 阿佛加德罗常数 （6.02x1023） 代入上述数据，得到氮吸附法计算比表面积 的基本公式：
由上式可看出，准确测定样品表面单层饱和 吸附量Vm是比表面积测定的关键。
固体表面吸附
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。
固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很 光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。
同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的 表面性质，而且实际晶体的晶面是不完整的，会有 晶格缺陷、空位和位错等。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。
3.吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与 之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性 分子，反之亦 然。
4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5.吸附是单分子层的。
6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速 率加快。
总之：化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸 附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可 见光谱中会出现新的特征吸收带。
这时氢没有解离，两原 子核间距等于Ni和H的原子 半径加上两者的范德华半径。
放出的能量ea等于物理 吸附热Qp，这数值相当于氢 气的液化热。
如果氢 分子通过a点 要进一步靠 近Ni表面， 由于核间的 排斥作用， 使位能沿ac 线升高。
化学吸附
具有如下特点的吸附称为化学吸附：
1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的 化学键力，一般较强。
气体吸附法测定比表面积原
氮气吸附法(等温吸附)课件
Freundlich方程
Freundlich方程是一种经验公式，用于描述等温吸附行 为。
Freundlich方程可以用来估算最大吸附量、吸附强度和 吸附容量等参数。
Freundlich方程假设吸附剂表面具有非均匀性，且吸附 分子之间存在相互作用。
混合气体氮气吸附技术
利用混合气体代替单一氮气作为吸附剂，提高吸附剂的吸附容量和 选择性。
氮气吸附法的发展趋势
纳米尺度吸附剂
利用纳米技术制备具有高比表面 积和孔容的纳米级吸附剂，提高
吸附性能。
复合功能化吸附剂
通过表面修饰和功能化改性，制备 具有特定功能的复合型吸附剂，满 足特定应用需求。
智能化吸附技术
氮气吸附法的应用领域
01
02
03
材料科学
用于研究材料的表面性质 和孔结构，如催化剂、分 子筛、活性炭等。
能源领域
用于研究储氢材料、电池 电极材料等的表面性质和 孔结构。
环境科学
用于研究土壤、水体等的 污染程度和治理效果。
氮气吸附法的优缺点
优点
测量精度高、适用范围广、可测 量材料的比表面积、孔径分布和 孔容等参数。
。
BET方程适用于多分子层吸附 ，尤其在相对压力接近1时更
为准确。
Langmuir方程
Langmuir方程是等温吸附理论中的 一种，适用于单分子层吸附。
Langmuir方程可以用来计算饱和吸 附量、吸附平衡常数等参数。
Langmuir方程假设吸附剂表面是有 限的，且每个吸附位点只能吸附一个 分子。
03
实验操作与设备
炭黑氮吸附比表面积
炭黑氮吸附比表面积的测定方法有多种，其中常见的有氮气吸附法、比色法和气相色谱法等。
1.氮气吸附法：又称Brunauer–Emmett–Teller(BET)法，是一种常
用的炭黑比表面积测定方法。
其原理是利用氮气在低温下吸附
在炭黑表面形成一层单分子厚度的吸附层，通过测量吸附氮气
量和温度等参数计算得到比表面积。
氮气吸附法的优点是测量
范围广，可测定0.1~1000 m2/g之间的样品；同时测定精度高、
重复性好。
其缺点是需要使用专门的气吸附仪器，设备成本和
操作难度较高。
2.比色法：是一种简单易行的炭黑比表面积测定方法。
其原理是
利用炭黑表面的吸附能力，在特定条件下吸附一种着色剂，比
较吸附前后溶液的颜色变化来计算炭黑比表面积。
比色法的优
点是操作简单、设备要求低，可用于快速测定炭黑比表面积。
其缺点是测定范围窄，只适用于比表面积较小的炭黑，同时测
定精度低，重复性差。
3.气相色谱法：是一种较新的炭黑比表面积测定方法，其原理是
利用气相色谱仪测定炭黑表面的吸附能力与特定气体分子之间
的相互作用，计算得到比表面积。
气相色谱法的优点是测定范
围广，可用于测定各种类型的炭黑样品；同时测定精度高、重
复性好。
其缺点是设备成本高、操作难度较大。
总之，不同的测定方法得到的炭黑氮吸附比表面积可能不同，这主要与氮分子吸附截面积的选定、炭黑真密度的确定、炭黑粒子表面的孔
隙等因素有关。
氮气吸脱附实验
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。
中孔孔结构的计算 - 毛细凝聚法 大孔孔结构的计算 - 压汞法 微孔孔结构 层厚法
毛细凝聚现象 孔 = 毛细管；孔中的吸附 = 毛细凝聚
Kelvin公式：ln (p/p0) = - (2σV cosφ)/rRT 公式： σ φ 公式 σ 表面张力，V 液体摩尔体积，r 半径，φ 接触角 接触角, 0-90o, 浸润, 凹月面状 接触角, 90-180 o, 不浸润, 凸月面状
氮气等温吸脱附实验原理以及应用 氮气等温吸脱附实验原理以及应用
Wen Chao
2011.9.29
BET
单位重量催化剂的表面积， 单位重量催化剂的表面积，以m2 g-1表示
① 固体表面是均匀的 ② 吸附分子间无相互作用力 ③ 当p=p0时吸附层厚度趋于无穷大 ④ 吸附平衡时，每一层的蒸发速度等于其 凝聚速度
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
Two-Dimensional Hexagonally-Ordered Mesoporous Carbon Nitrides with Tunable Pore Diameter, Surface Area and NitrogenContent
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
Comparative plot representing the pressures observed for capillary pore condensation (ads.) and evaporation (des.) in the cases of hexagonal mesoporous silica (MCM-41, SBA-15) materials and the respective 3-D cubic mesoporous silica (MCM-48, KIT-6) materials, as a function of mesopore size. The three different hysteresis regime regions are indicated.
氮气吸附分析技术
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Vm ≈ VB
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孔径分布测定原理 ——开尔文方程
毛细管凝聚
指在有微孔的固体材料中，吸附质在毛细管内液体弯月面凹面上
方的平衡蒸气压力p小于同温度下的吸附质饱和蒸气压p0时，即可凝聚 为液体的现象。
Kelvin方程
ln P = − 2σV~ cosθ
大孔 >50nm
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基本原理 ——物理吸附
物理吸附的特点
z 作用力为分子间力，故吸附热小，吸附分子与液体或气体分子的状态差 别很小，即无需显著的活化吸附能。
z 非专一性 z 多层吸附 z 多在低温时物理吸附，高温时即可消除
物理吸附的影响因素
对特定的吸附剂-吸附质体系，达到吸附平衡时，
b.多分子层吸附，第一层吸附热最强，第二层以上各层吸附热 相等，且都为吸附质的液化热。
特点：为多分子层吸附，对应吸附等温线为Ⅱ和Ⅳ型。
BET吸附等温式
p = 1 + (C −1) × p v( ps − p) vmC vmC ps
Ps为吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压；p为吸附质平衡蒸气压; Vm 为单分子层饱和吸附量；V表示任一状态下的吸附量。 C 为常数，反映第一层吸附同其他层吸附间吸附力场的差异大小.
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介孔材料的吸附等温线
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吸附量突跃与孔径的关系：
吸附突跃处相对压力越小，孔径越小； 吸附突跃处等温线斜率越大，孔径分布越窄。
H1型滞后环（如A）
说明吸附材料具有独立的圆筒形细长孔道且孔径均一分布较窄。
H2型滞后环（如B）
等温吸附
不知道你说的是哪五个图一般来说滞后环是中孔材料的特征氮气在孔内的模型一般选择是球形，圆柱形或者是狭缝型，具体的视材料特征而定。
BJH是中孔材料的孔径分布计算公式，微孔的可以选择HK模型，目前比较先进的模型是NLDFT和MC法（比较精确，而且不局限于中孔材料的孔径分布）作者：aust_jheI 型等温线在较低的相对压力下吸附量迅速上升，达到一定相对压力后吸附出现饱和值，似于Langmuir 型吸附等温线。
只有在非孔性或者大孔吸附剂上，该饱和值相当于在吸附剂表面上形成单分子层吸附，但这种情况很少见大多数情况下，I 型等温线往往反映的是微孔吸附剂（分子筛、微孔活性炭）上的微孔填充现象，饱和吸附值等于微孔的填充体积。
可逆的化学吸附也应该是这种吸附等温线。
II 型等温线反映非孔性或者大孔吸附剂上典型的物理吸附过程，这是BET 公式最常说明的对象。
等温线拐点通常出现于单层吸附附近。
随相对压力增加，多层吸附逐步形成，达到饱和蒸汽压时，吸附层无穷多，导致试验难以测定准确的极限平衡吸附值。
III 型等温线十分少见。
吸附气体量随组分分压增加而上升。
曲线下凹是因为吸附质分子间的相互作用比吸附质与吸附剂之间的强，第一层的吸附热比吸附质的液化热小，以致吸附初期吸附质较难于吸附。
随吸附过程的进行，吸附出现自加速现象，吸附层数不受限制。
BET 公式C 值小于2 时，可以描述III 型等温线。
IV 型等温线与II 型等温线类似，但曲线后一段再次凸起，且中间段可能出现吸附回滞环，其对应的是多孔吸附剂出现毛细凝聚的体系。
在中等相对压力下，由于毛细凝聚的发生IV 型等温线较II 型等温线上升得更快。
中孔毛细凝聚填满后，如果吸附剂还有大孔径的孔或者吸附质分子相互作用强，可能继续吸附形成多分子层，吸附等温线继续上升。
V 型等温线与III 型等温线类似，但达到饱和蒸汽压时吸附层数有限，吸附量趋于一极限值。
由于发生毛细凝聚，在中等的相对压力等温线上升较快，并伴有回滞环。
氮气吸附法在测定材料比表面积和孑L径分布方面的应用原理
氮气吸附法在测定材料比表面积和孑L径分布方面的应用原理【摘要】氮气吸附法是一种常用的表征材料比表面积和孔径分布的方法。
本文首先介绍了氮气吸附法的工作原理，然后分别讨论了材料比表面积和孔径分布的测定原理。
接着详细探讨了氮气吸附法在比表面积和孔径分布测定中的应用，强调了它的重要性。
结论部分指出了氮气吸附法在材料表面积和孔径分布测定中的重要性，并对未来的发展进行了展望。
本文对氮气吸附法在材料研究领域具有重要的指导意义，为进一步研究提供了参考。
【关键词】氮气吸附法、比表面积、孔径分布、材料测定、重要性、展望、研究背景、研究意义、工作原理。
1. 引言1.1 研究背景氮气吸附法通过在一定温度下将氮气吸附至材料表面，利用气体分子在不同介孔中的吸附特性，来计算材料的比表面积和孔径分布。
该方法简单易操作，且能够准确快速地测定材料的表面积和孔隙结构，因此在材料研究领域得到了广泛的应用。
本文将探讨氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用原理，以期为材料研究提供新的测定方法和理论依据。
1.2 研究意义氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用具有重要的研究意义。
在材料科学领域，比表面积和孔径分布是评价材料性能和应用潜力的重要参数之一。
通过氮气吸附法可以快速准确地测定材料的比表面积和孔径分布，为材料研究和应用提供重要的参考数据。
氮气吸附法在表征材料方面具有广泛的适用性，可以应用于各种类型的材料，包括纳米材料、多孔材料和催化剂等。
通过氮气吸附法的应用，可以深入了解材料的结构特征和表面性质，为材料设计和改进提供科学依据。
研究氮气吸附法在材料比表面积和孔径分布测定中的应用原理具有重要的理论和应用价值，对于推动材料科学研究和技术发展具有重要意义。
2. 正文2.1 氮气吸附法的工作原理氮气吸附法是一种常用的表征材料比表面积和孔径分布的方法。
其基本原理是利用氮气在不同压力下对样品表面的吸附量进行测定，从而推导出样品的比表面积和孔径分布信息。
氮气吸附法(等温吸附)..
H3和H4型迟滞回线
形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟 滞环 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。
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 ，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。
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
4.微孔结构分析
b.吸附能与平均孔宽的计算
苯作为参比吸附质时:
吸附能:
E T 6289 k
1 2
平均孔宽:
式中:
wadv T 4.25 10 k
6
12
M M ref ref
M, Mref分别为吸附质和参比吸附质的相对分子量; ρ ,ρ ref分别为吸附质和参比吸附质在吸附温度T时的液体密度; k为D-R图的斜率.
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
氮气吸脱附实验
Kelvin公式：ln (p/p0) = - (2V cos)/rRT 表面张力，V 液体摩尔体积，r 半径， 接触角
接触角,
0-90o,
浸润,
凹月面状
接触角,
90-180 o, 不浸润,
凸月面状
吸附气体都能浸润吸附剂固体, 发生毛细凝聚 浸润, 接触角0-90o, cos > 0, ln (p/p0) < 0 ，p < p0, 未达到饱和蒸汽压就发生凝聚。
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况：
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/m3）
6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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
中孔孔结构的计算 - 毛细凝聚法 大孔孔结构的计算 - 压汞法 微孔孔结构 层厚法
孔分布： 各种孔径的孔体积占总体积的多少 大孔(>50nm); 中孔(2-50nm); 微孔(<2nm)
孔分布曲线： (吸附总量-孔径) 微分量-半径(dV/dr-r) 最可几孔径：比例最大的孔
毛细凝聚现象 孔 = 毛细管；孔中的吸附 = 毛细凝聚
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353
KIT-6-130
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353
rise to type H2 hysteresis due to pore blocking/percolation
independent pore model delayed condensation
bet 微孔面积
bet 微孔面积微孔面积是指材料中微细孔隙的总面积。
材料的微孔面积可以直接影响其吸附性能、催化性能、传质性能等，因此在材料科学研究中具有重要的意义。
微孔是一种孔径在几纳米至几十纳米之间的小孔隙结构。
微孔的存在可以增加材料的比表面积，从而提高其与物质之间的接触面积，增加吸附、催化等过程的效率。
微孔面积的计算通常采用吸附等温线测定法或氮气吸附法。
吸附等温线测定法是将待测材料与气体接触，在不同温度和压力下测量吸附物质的吸附量，通过分析吸附曲线可以计算出微孔面积。
氮气吸附法则是利用氮气分子在材料微孔中的吸附行为来测定微孔面积。
这两种方法都能够较准确地计算出材料的微孔面积。
微孔面积的大小对于材料的性能有着重要的影响。
一方面，较大的微孔面积可以提供更多的活性位点，增加物质的吸附量。
例如，在催化剂中，微孔面积的增加可以提高催化剂的活性，加快反应速率。
另一方面，微孔面积的增加也可以增加材料的传质性能。
微孔结构可以提供更多的扩散通道，使得物质在材料内部的传输更加快速。
因此，在吸附材料、催化剂、分离膜等领域中，微孔面积的控制和调控是非常重要的研究方向。
材料的微孔面积与其孔径分布密切相关。
不同孔径的微孔对不同大小的分子具有不同的吸附能力。
例如，较大孔径的微孔对大分子的吸附能力较强，而较小孔径的微孔则更容易吸附小分子。
因此，通过调控微孔孔径可以实现对不同分子的选择性吸附。
这种选择性吸附在分离和纯化领域具有广泛的应用前景。
除了微孔面积和孔径分布外，微孔的形状和连通性也对材料的性能产生影响。
一方面，较规则的微孔形状可以提高材料的稳定性和可重复性。
另一方面，微孔的连通性可以影响材料的传质性能。
较好的连通性可以提高物质在材料中的扩散速率，从而提高材料的传质效率。
因此，在材料设计和合成过程中，需要综合考虑微孔的形状、连通性以及面积等因素，以实现对材料性能的调控。
微孔面积是材料科学研究中一个重要的参数。
通过合理调控微孔的形状、孔径分布和连通性，可以实现对材料性能的精确调控，拓展材料在吸附、催化、分离等领域的应用。