氮气吸附-2
氮气吸附脱附测量比表面积
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测试方法分类
在相同的吸附和脱附条件下，被测样品和标准样品的比表面积正比于 其峰面积大小。计算公式如下：
Sx：被测样品比表面积 S0：标准样品比表面积， Ax：被测样品脱附峰面积 A0：标准样品脱附峰面积 Wx：被测样品质量 W0：标准样品质量
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测试方法分类
优点：无需实际标定吸附氮气量体积和进行复杂的理论计算即可求得 比表面积；测试操作简单，测试速度快，效率高 缺点：当标样和被测样品的表面吸附特性相差很大时，如吸附层数不 同，测试结果误差会较大。直接对比法仅适用于与标准样品吸附特性 相接近的样品测量，由于BET法具有更可靠的理论依据，目前国内外 更普遍认可BET法比表面积测定。
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原
理
氮气因其易获得性和良好的可逆吸附特性，成为最常用的吸附质。通 过这种方法测定的比表面积我们称之为“等效”比表面积，所谓“等效” 的概念是指：样品的比表面积是通过其表面密排包覆（吸附）的氮气 分子数量和分子最大横截面积来表征。
实际测定出氮气分子在样品表面平衡饱和吸附量（V），通过不同理 论模型计算出单层饱和吸附量（Vm），进而得出分子个数，采用表 面密排六方模型计算出氮气分子等效最大横截面积(Am)，即可求出 被测样品的比表面积。计算公式如下：
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测试方法分类
比表面积测试方法有两种分类标准
1. 一是根据测定样品吸附气体量多少方法的不同，可分为：连续流动 法、容量法及重量法，重量法现在基本上很少采用； 2. 再者是根据计算比表面积理论方法不同可分为：直接对比法比表面 积分析测定、Langmuir法比表面积分析测定和BET法比表面积分析 测定等。同时这两种分类标准又有着一定的联系，直接对比法只能 采用连续流动法来测定吸附气体量的多少，而BET法既可以采用连 续流动法，也可以采用容量法来测定吸附气体量。
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆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(І型，ІІ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І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ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І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※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0.354nm※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0.61mL※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。
处理含氮气体的四种方法
处理含氮气体的四种方法摘要：一、引言二、方法一：吸收法1.原理2.适用范围3.优缺点三、方法二：吸附法1.原理2.适用范围3.优缺点四、方法三：膜分离法1.原理2.适用范围3.优缺点五、方法四：燃烧法1.原理2.适用范围3.优缺点六、总结与展望正文：氮气在工业生产、农业生产等领域具有广泛应用，但同时也会产生含氮废气。
如何有效处理含氮气体成为了一个亟待解决的问题。
本文将对四种处理含氮气体的方法进行详细介绍，以期为相关领域提供参考。
二、方法一：吸收法1.原理吸收法是利用某些溶液对氮气及其化合物具有较好的吸收能力，将含氮气体与吸收剂接触，使其被吸收，从而达到净化气体的目的。
2.适用范围吸收法适用于处理较低浓度的含氮气体，特别是在处理含有酸性气体、碱性气体和有机物气体等方面具有较好的效果。
3.优缺点优点：设备简单，操作方便，投资较低。
缺点：吸收效率受吸收剂性质、气体浓度、温度和压力等因素影响，难以处理高浓度的含氮气体。
三、方法二：吸附法1.原理吸附法利用活性炭、分子筛等吸附剂对氮气及其化合物进行吸附，从而净化含氮气体。
2.适用范围吸附法适用于处理较低浓度的含氮气体，特别适用于处理有机物气体和有毒气体。
优点：吸附效率较高，设备相对简单，操作方便。
缺点：吸附剂的选择和再生问题限制了吸附法的应用范围，投资成本较高。
四、方法三：膜分离法1.原理膜分离法利用膜材料对氮气及其化合物进行选择性分离，实现气体的净化。
2.适用范围膜分离法适用于处理各种浓度的含氮气体，特别适用于处理混合气体中的氮气。
3.优缺点优点：分离效率高，设备紧凑，操作简便。
缺点：膜材料的选用和寿命、系统能耗问题是膜分离法需要克服的难题。
五、方法四：燃烧法1.原理燃烧法是将含氮气体中的可燃成分燃烧，生成无害的氮气和水蒸气，从而达到净化气体的目的。
2.适用范围燃烧法适用于处理含有可燃成分的含氮气体，尤其适用于处理工业废气和汽车尾气。
3.优缺点优点：处理效果显著，能实现氮气的高效净化。
分离氮气的原理
分离氮气的原理分离氮气的原理主要基于氮气与其他气体在温度、压力以及吸附性能等方面的差异。
目前常用的分离氮气的方法主要包括气体吸附分离法、膜分离法、压力摩尔分数摄制法和气体液化分离法等。
下面将对这些方法进行详细介绍。
1. 气体吸附分离法气体吸附分离法是利用吸附剂对不同气体分子的吸附能力不同，通过吸附剂对气体混合物的分离作用来实现氮气的分离。
常用的吸附剂有活性炭、沸石、分子筛等。
这些吸附剂的孔径和表面性质使其具有选择性吸附某些气体的能力。
在一定的温度和压力条件下，通过调节气体进出口的压力差，使吸附剂选择性地吸附其他气体而不吸附氮气，从而实现氮气的分离。
2. 膜分离法膜分离法是利用膜对气体分子的选择性渗透来实现氮气的分离。
常见的膜分离方法有聚合物膜、无机膜和复合膜等。
这些膜的孔径大小和渗透性能使其对不同气体具有不同的分离效果。
在应用中，气体混合物通过膜表面时，膜会选择性地将氮气分子渗透透过而保留其他气体，从而实现氮气的分离。
3. 压力摩尔分数摄制法压力摩尔分数摄制法是利用不同气体在一定压力下溶解度和摩尔分数的差异来实现氮气的分离。
这种方法主要应用在低温下，通过降低温度达到氮气的液化，然后通过蒸馏或摩尔分数摄制装置来进行分离。
由于氮气在低温下较易液化，因此可以通过控制温度和压力来实现氮气的分离。
4. 气体液化分离法气体液化分离法是利用不同气体在液化过程中的沸点差异来实现氮气的分离。
这种方法主要包括常压液化法、差压液化法和深冷液化法等。
在常压液化法中，通过控制温度和压力使混合气体发生液化，然后通过蒸馏的方式将氮气与其他气体分离。
差压液化法利用不同气体的压力-温度相图差异，控制压力差实现分离。
深冷液化法则通过极低温度使混合气体发生液化，再通过蒸馏或摩尔分数摄制来实现氮气的分离。
综上所述，分离氮气的原理主要涉及温度、压力和吸附性能等因素的利用。
通过选择不同的分离方法，可以根据具体需要实现氮气的高效分离。
这些方法在工业生产和实验室研究中具有重要的应用价值。
吸附知识
氮气吸附理论上到500nm，但是压力传感器的分辨率和准确度一般到100nm还行，100nm 以上即使可以达到，也不可能详细分布了，在氮气分压达到0.96的时候是50nm的孔直径凝聚，到0.98是98nm的孔凝聚，到0.99就是195nm了，楼主自己可以判断了吧，50-100nm 只有0.02的分压变化区间，很难做详细的分布，所以最好用压汞法康塔公司介绍过说，微孔最好用Ar吸附，介孔用N2吸附，大孔还是压汞目的：是让大家对氮气等温吸脱附有一个基本的理解和概念，不会讲太多源头理论，内容不多，力求简明实用。
本人有幸接触吸脱附知识的理论和实践，做个总结一是长久以来的心愿，二则更希望能和大家共同学习、探讨和提高。
由于内容是自己的总结和认识，很可能会有部分错误，希望大家能给予建议、批评和指导，好对内容做进一步的完善。
★★注意★★我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆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(І型，ІІ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І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
N2吸脱附曲线说明
N2吸脱附曲线说明计算氮等温吸附和解吸的比表面积和孔径分布的几点注意事项我们获得的数据只是真实的吸收-解吸曲线。
比表面积、孔径分布、孔容等都是主观和人为的数据。
经常听到一些学生说要做一个BET，但他们实际做的不是BET，而是氮气等温吸附-解吸曲线。
BET(Brunauer-Emmet-Teller)只处理N2-N2-吸附等温线中p/p0=0.05~0.35之间的一小段，用著名的BET公式获得单层吸附数据Vm，然后根据它计算比表面积，如此而已。
◆六种吸附等温线几乎每一本类似的参考书都会提到前五类是BDDT(布鲁纳-戴明-戴明-泰勒)。
首先，他们四个人把大量的等温线分成五类，而第六类台阶状的是星升。
每种类型都有一组语句。
事实上，可以理解，相对压力是X轴，氮吸附量是Y轴。
X轴相对压力大致分为三个部分:低压(0.0-0.1)、中压(0.3-0.8)和高压(0.90-1.0)。
那么吸附曲线为:低压端偏离y轴表明材料对氮气有很强的作用力。
类型？？类型，类型iv)，许多微孔由于微孔隙中的强吸附势，显示在吸附曲线的起点？类型；材料作用力(？)对低压端偏离x轴的解释较弱？？类型五)。
中压端主要是氮气在材料孔隙中的冷凝和积聚。
中孔分析来自这些数据，包括样品颗粒堆积产生的孔和有序或梯度中孔内的孔。
BJH方法基于本节获得的孔径数据。
高压段可以大致看出颗粒堆积的程度，如？如果模型最终上升，粒子可能不均匀。
通常，当相对压力约为0.99时，获得的总孔体积通常是氮吸附的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度为77K时，液氮六方密堆积态氮分子的横截面积为0.162平方纳米，形成单层铺展时，单层厚度为0.354纳米※在标准温度和压力下冷凝1毫升氮气后(假设冷凝密度不变)，体积为0.001547毫升例如，当吸附曲线p/p0在下面的吸附图中最大时，如果氮气的吸附容量为约400毫升，可以看出总孔体积= 400 * 0.001547 = 400/654 =约0.61毫升STP占地4.354平方米/毫升的氮分子铺砌成单层。
物理吸附仪简易操作
物理吸附仪操作简易教程一、开机1.打开氮气瓶和氦气瓶，调节减压阀，使分压保持在0.8MPa左右；2.将设备mains开关推上去，大约十分钟后，将electronics开关推上去；3.打开电脑，启动软件，点击connect.二、脱气1.挑选样品管，粉末样品用9mm球管，块状样品用9mm直管（6mm样品管由于难以清洗，不建议使用）；2.称量空的样品管质量；3.装样，注意将样品装至样品管底部，如有样品粘附在管壁，用毛刷擦去粘附样品；4.称量装样后的总质量；5.将样品管装上脱气站。
注意脱气站共有四个脱气点，可同时对四个样品进行脱气，左边俩个为1站，右边俩个为2站。
安装样品管时，取下堵头（包括堵头，螺母，识别器，o形圈），换上样品管，依照从下往上螺母，识别器，o形圈的顺序装上样品管，拧紧螺母；6.用加热包包紧样品管，1站公用一个加热包，2站公用一个加热包；7.打开软件，右击St1或St2选择Edit program ，打开脱气编辑窗口，可分别对1站或2站进行脱气程序编辑，通过add, delete, edit编辑脱气温度、脱气时间和升温速率，complete state项选择Backfill, evacuation crossover中mode选择fine power，backfill pressure项填770torr。
点击OK键完成编辑。
8.右击St1或St2选择load,或者右击all选择load all，完成对1站或2站程序的载入开始脱气；9.注意不同的样品，选择不同的脱气时间和脱气温度，对于碳材料，推荐的脱气温度为300℃，脱气时间为四个小时。
三、分析1.当脱气状态栏显示idle时，表明脱气结束。
取下样品管，称重，用堵头堵住不用的脱气点；2.在样品管中放入合适的rod棒（注意放置rod棒时，请横放样品管）将样品管装上分析站。
注意分析站共有三个分析点，左为1，右为2，中为3，只有1点可以分析微孔。
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
氮气的分离
氮气的分离氮气是一种常见的气体，在空气中的含量约占78%。
氮气的分离是指将氮气与其他气体分开，得到纯净的氮气的过程。
氮气的分离有多种方法，下面将介绍其中的几种常用方法。
1. 低温分离法低温分离法是通过气体的沸点差异来分离氮气的一种方法。
由于氮气的沸点较低，约为-196℃，而空气中的其他气体如氧气、二氧化碳等的沸点较高，因此可以利用这一差异进行分离。
在低温下，将空气逐渐冷却至氮气的沸点以下，然后将液态空气进行分馏，从而得到纯净的氮气。
2. 膜分离法膜分离法是利用半透膜的选择性透过性来分离氮气的一种方法。
半透膜是一种具有特殊结构的薄膜，能够让某些分子或离子通过，而阻挡其他分子或离子的传递。
在膜分离法中，将空气通过半透膜进行透析，根据氮气和其他气体在膜上的透过性差异，实现氮气的分离和纯化。
3. 吸附分离法吸附分离法是利用吸附剂对气体的选择性吸附能力来分离氮气的一种方法。
吸附剂是一种固体材料，能够吸附气体分子。
在吸附分离法中，将空气通过吸附剂床层，根据氮气和其他气体在吸附剂上的吸附能力差异，实现氮气的分离和纯化。
4. 压力摩擦分离法压力摩擦分离法是利用气体在高速旋转设备中的离心力和摩擦力来分离氮气的一种方法。
在高速旋转设备中，气体受到离心力的作用，使得气体组分按照密度不同分层，然后利用摩擦力将氮气与其他气体分开，实现氮气的分离和纯化。
以上是氮气分离的几种常用方法，每种方法都有其适用的场合和特点。
在工业生产中，根据不同的需求和条件选择合适的氮气分离方法，可以高效地得到纯净的氮气。
氮气的分离不仅可以用于工业制造，还可以应用于医疗、食品保鲜、科学研究等领域。
随着技术的不断发展，氮气分离技术也在不断改进和创新，为各个领域的应用提供更好的支持。
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.
2-物理吸附
关于孔径分布
一般用脱附支来计算孔径分布，理由：
• 理想的圆柱形孔，吸附支和脱附支重合 • 对两端开口的圆柱形孔，吸附支对应的弯液面曲
率是圆柱面，脱附支对应的才是孔口出形成的弯 月面 • 平板孔和由片状粒子形成的狭缝型孔，吸附时不 发生毛细凝聚，只有脱附支才反应真实的孔隙 • 对墨水瓶型的孔，脱附支反应的是孔口的尺寸， 对催化研究最有意义
现代催化剂表征方法-辛勤主编，page16
吸附等温线形状分析
II型等温线反映的是非孔性材 料或者大孔吸附剂上的物理吸 附过程。BET公式最常说明的 对象！
现代催化剂表征方法-辛勤主编，page16
吸附等温线形状分析
III型等温线比较少见，没有拐 点，曲线下凹是由于吸附质分 子的相互作用比吸附质和吸附 剂之间的强造成的。 BET公式C小于2，可以描述这 种吸附等温线。
• 已知饱和吸附量Vml及每个被吸附分子的截 面积αm，便可以求算吸附剂的比面积αs αs = Vml/V0 L αm
V0：1mol气体在标准状况下的体积（0度，1atm） L：阿伏伽德罗常数 在实验上
比表面积的求算就变成吸附等温线的测量，
仪器测定的是吸附体积随着压力(p/p0)的变化
Langmuir只适用单层吸附，且吸附质没有相互作用的情况，复杂情况处理不了
以微孔为主的样品的比表面计算应该用Langmuir 方程, 但是……
选点和测试时，仪 器上可以调变的
复杂问题简单化，实际情况理想化，抽提 模型，再结合实际情况对模型进行修正， 是物理化学处理问题的主要哲学思想！如 朗格缪尔单分子吸附模型，理想气体状态
方程等
这些模型巧妙的排除了错综复杂的次要矛盾的干扰，突 出了事物的主要矛盾，揭示了事物的本质！因而是最简 单，最具有代表意义的科学模型
(完整word版)N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明我们拿到的数据,只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET,其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET(Brunauer—Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0。
05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆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（І型，ІІ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І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ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І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※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。
354nm※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。
氮气的制备和纯化方法
氮气的制备和纯化方法氮气是一种无色、无味、不可燃、不支持生命燃烧的气体，广泛应用于各个领域，包括化学工业、电子工业、医药工业等。
本文将介绍氮气的制备和纯化方法。
一、氮气的制备方法1. 氮气的空气分离蒸馏法空气中包含了大约78%的氮气，其余主要成分是氧气和少量的稀有气体。
利用空气分离蒸馏设备可以将气体分离得更为纯净。
空气分离蒸馏法的工艺流程如下：- 首先，将空气通过压缩机进行压缩，提高气体的密度。
- 压缩后的空气进入冷凝器中被冷却，使氧气和氮气液化。
- 然后，通过蒸馏塔提取液化的氮气和氧气。
- 最后，氮气经过再加热，变成气态，以获取纯净的氮气。
2. 氮气的分子筛吸附法该方法通过将空气中的水分和氧气分子吸附在特定的分子筛上，从而产生纯净的氮气。
氮气的分子筛吸附法工艺流程如下：- 首先，将空气通过空气过滤器去除杂质，然后进入分子筛吸附装置。
- 分子筛吸附装置中装有吸附剂，它可以选择性地吸附水分和氧气，而不吸附氮气。
- 当水分和氧气被吸附后，出口就会得到纯净的氮气。
3. 氮气的硝酸铵分解法这种方法是通过将硝酸铵加热分解来制备氮气。
氮气的硝酸铵分解法工艺流程如下：- 首先，将硝酸铵加热到适当温度，使其分解为氮气、氧气和水蒸气。
- 然后，通过气体分离装置将氮气分离出来。
- 最后，净化和纯化氮气。
二、氮气的纯化方法1. 气相吸附法气相吸附法是一种常用的氮气纯化方法，可去除氮气中的杂质。
气相吸附法的工艺流程如下：- 首先，将氮气通过吸附柱，吸附剂会吸附杂质。
- 接着，通过稀释剂冲洗吸附柱，将吸附的杂质洗出。
- 最后，得到纯净的氮气。
2. 冷凝法冷凝法通过将氮气冷却至低温，使其冷凝成液态，可去除大部分的杂质。
冷凝法的工艺流程如下：- 首先，将氮气通过冷凝器进行冷却。
- 冷却后的氮气会凝结成液态，杂质会留在气态中。
- 最后，将液态氮气收集起来，即可得到纯净的氮气。
3. 吸附剂脱气法吸附剂脱气法是一种能够去除氮气中水分和氧气的方法。
n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线
标题：探寻n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线的奥秘在现代化学和材料科学领域中，n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线的研究至关重要。
它们不仅可以帮助我们了解材料的孔隙结构和表面性质，还可以在吸附储能、分离和催化等方面发挥重要作用。
1. n2吸附-解吸等温线n2吸附-解吸等温线是指在不同温度下，n2气体在固体表面吸附和解吸的过程所形成的曲线。
通过对这些曲线的分析，我们可以获得材料的比表面积、孔体积和孔径分布等重要参数。
在实际应用中，这些参数对于评估材料的吸附性能、储能能力和分离效率非常重要。
2. 孔径分布曲线孔径分布曲线是指材料中孔隙尺寸的分布情况。
通过对孔径分布曲线的分析，我们可以了解材料中微孔、介孔和大孔的分布情况，进而指导材料的设计和应用。
对于催化剂来说，孔径分布的合理设计可以调控反应物质的扩散和表面反应速率，从而提高催化性能。
3. n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线的关系n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线之间存在着密切的关系。
通过对这两者的综合分析，可以更全面地了解材料的孔隙结构和表面性质。
当n2吸附-解吸等温线呈现出明显的等温吸附、多层吸附等特征时，可以反映出材料具有丰富的孔隙结构，而孔径分布曲线则可以帮助我们定量地描述这些孔隙的分布情况。
4. 个人观点和理解在我看来，n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线的研究不仅可以帮助我们理解材料的微观结构，还可以为材料设计和应用提供重要指导。
在未来的研究中，我希望能够更深入地探索这两者之间的关系，寻求新的分析方法和应用途径，为化学和材料科学的发展贡献自己的力量。
总结回顾通过本文的介绍，我们了解了n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线在化学和材料科学中的重要性和应用价值。
它们不仅是评估材料性能的重要手段，还可以为材料设计和应用提供重要指导。
我们也探讨了这两者之间的密切关系，并共享了个人对于这一主题的理解和展望。
在深入研究和实践中，相信我们可以更全面、深刻和灵活地认识n2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线的奥秘，为材料科学的发展做出更大的贡献。
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
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(Ⅴ)发生多分子层
吸附，有毛细凝聚
现象。例如373K时，
水汽在活性炭上的
吸附属于这种类型。
滞 后 环
7.6.3 LANGMUIR朗格缪尔单分子层吸附等温式
Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸 汽压力之间的定量关系。他在推导该公式的过程引 入了两个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。 设：表面覆盖度q
这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中 b称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸 附气体能力的强弱程度。
以q 对p 作图， 得：
1.当p很小，或吸附很弱时，bp<<1，q = bp， q 与 p 成线性关系。 2.当p很大或吸附很 强时，bp>>1，q =1， q 与 p无关，吸附已 铺满单分子层。 3.当压力适中， q pm，m介于0 与1之间。
氮气吸附
表面积分析测试方法有多种，其中气体吸附法因 其测试原理的科学性，测试过程的可靠性，测试结 果的一致性，在国内外各行各业中被广泛采用，并 逐渐取代了其它比表面积测试方法，成为公认的最 权威测试方法。许多国际标准组织都已将气体吸附 法列为比表面积测试标准，如美国ASTM的D3037， 国际ISO标准组织的ISO-9277。我国比表面积测试有 许多行业标准，其中最具代表性的是国标 GB/T19587-2004 《气体吸附BET法测定固体物质比 表面积》。
吸附量
V a(q ) m
x a q m
保持温度不变，显示吸附
量与比压之间的关系曲线称为
吸附等温线。
纵坐标是吸附量，横 坐标是比压p/ps，p是吸附
质蒸汽的平衡压力， ps是
吸附温度时吸附质的饱和
蒸汽压。
通常将比压控制在0.3以下，防止毛细凝聚 而使结果偏高。
从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面
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 理，是依据气体在固体表面的吸 附特性，在一定的压力下，被测 样品颗粒（吸附剂）表面在超低 温下对气体分子（吸附质）具有 可逆物理吸附作用，并对应一定 压力存在确定的平衡吸附量。通 过测定出该平衡吸附量，利用理 论模型来等效求出被测样品的比 表面积。由于实际颗粒外表面的 不规则性，严格来讲，该方法测 定的是吸附质分子所能到达的颗 粒外表面和内部通孔总表面积之 和，如图所示意位置。
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。 正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不 均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由 能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。
4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子 层的。
6.吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的 升高而 变快。
总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有 电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没 有原子重排等。
H2在金属镍表面发生物理吸附 在相互作用的位能曲线上，随着H2分子向Ni 表面靠近，相互作用位能下降。到达a点，位能 最低，这是物理吸附的稳定状态。
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。
bp q 1 bp
bp Vm bp q 或者V 1 bp 1 bp
重排后可得：
p 1 p V Vm b Vm
这是Langmuir吸附公式的又一表示形式。 用实验数据，以p/V~p作图得一直线，从斜率和 截距求出吸附系数b和铺满单分子层的气体体积 Vm。 习题:P353,7-10 要求使用坐标纸或者计算器程序.
线。吸附剂孔径大
小不一，发生多分
子层吸附。在比压
接近1时，发生毛细
管和孔凝现象。
(Ⅲ)这种类型较少
见。当吸附剂和吸
附质相互作用很弱
时会出现这种等温
线，如352K时，Br2
在硅胶上的吸附。
(Ⅳ)多孔吸附剂发生
多分子层吸附时会有
这种等温线。在比压
较高时，有毛细凝聚
现象。例如在323K时，
苯在氧化铁凝胶上的
= V/Vm
则空白表面为(1 - q )
V为吸附体积
Vm为吸满单分子层的体积
r(吸附)=ka p( 1-q )
r(脱附)=kdq
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
r(吸附)=ka p( 1-q ) ka p(1 - q )=kdq
=
r(脱附)=kd q
设b = ka/kd
bp q 1 bp
V a q 分母中为饱和吸附量;完全覆盖 Vm a
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固
体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。
常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性 炭等。 为了测定固体的比表面，常用的吸附质 有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
对气体的吸附量(a或者q)通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附
剂所吸附气体的体积
(标准状态)。
V a m
体积要换算成标准状况STP,101325Pa,273.15K, 1mol标准状况(STP)气体的体积为22.4dm3 (2)单位质量的吸附剂所 吸附气体物质的量。
x a m
物理吸附与化学吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： 1.吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引 力产生的，一般比较弱。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在 几个 kJ/mol以下。 3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体， 当然 吸附量会有所不同。
性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相
互作用等有关信息。
常见的吸附等温线有如下5种类型：(图
中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱
和蒸汽压，p为吸附质的压力)
(Ⅰ)在2.5nm以下微
孔吸附剂上的吸附
等温线属于这Biblioteka 类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及
水和苯蒸汽在分子
筛上的吸附。
(Ⅱ)常称为S型等温
氮气因其易获得性和良好的可逆吸附特性， 成为最常用的吸附质。通过这种方法测定的比 表面积我们称之为“等效”比表面积，所谓 “等效”的概念是指：样品的比表面积是通过 其表面密排包覆（吸附）的氮气分子数量和分 子最大横截面积来表征。实际测定出氮气分子 在样品表面平衡饱和吸附量（V），通过不同 理论模型计算出单层饱和吸附量（Vm），进 而得出分子个数，采用表面密排六方模型计算 出氮气分子等效最大横截面积(Am)，即可求出 被测样品的比表面积。
随着H原子进一步 向Ni表面靠近，由于核 间斥力，位能沿bc线迅 速上升。
从物理吸附到化学吸附
H2分子在Ni表面的吸附是在物 理吸附过程中，提供一点活化能， 就可以转变成化学吸附。 H2分子从P’到达a点是物理吸附， 放出物理吸附热Qp，这时提供活 化能Ea，使氢分子到达P点，就解 离为氢原子，接下来发生化学吸 附。 这活化能Ea远小于H2分子的解 离能，这就是Ni为什么是一个好 的加氢脱氢催化剂的原因。
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。
Vm N A Am S比 0.0224 m
Vm是一个重要参数。从吸附质分子截面 积Am，可计算吸附剂的总表面积S和比表 面S(比)。
m为吸附剂质量
H2在金属镍表面发生化学吸附 在相互作用的位 能线上，H2分子获 得解离能DH-H，解 离成H原子，处于c' 的位置。
随着H原子向Ni表 面靠近，位能不断下降， 达到b点，这是化学吸 附的稳定状态。
Ni和H之间的距离 等于两者的原子半径之 和。 能量gb是放出的化 学吸附热Qc，这相当于 两者之间形成化学键的 键能。