胶体与表面化学-第五章 常用吸附剂的结构、性能和改性

第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
p0 Vm RT ln p吸 r p0 2 Vm RT ln p脱 r p吸 p脱 p吸 p0
对于两端开口的圆柱形或平行板状的孔 P吸>P脱，产生滞后现象
第一节 多孔物质的物理性质
在吸附过程中，Pb>Pa,随 着压力的升高小瓶被逐渐充 满。 随着压力的降低，开始脱 吸附，但脱吸附是从瓶口开 始的，在Pb>P>Pa时，液体 不蒸发，只有降到Pa时才能 完全脱吸附
孔 % 径 分 布
吸附总量即为半径小于 某一数值的孔内所凝聚的 液体总量， 利用KeLvin公式可以找 出在某一蒸气压力下哪些 孔发生凝聚，这样便可找 出凝聚液体的体积和孔半 径的关系．
r
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
曲线的最大值表示半径为r0的 孔在此吸附剂中所占的比例 最大，故常称为“最可几孔 半径”。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 炭
第二节 常用吸附剂的结构与性能
吸 附 树 脂
吸附树脂是一种不含离子交换基团的高交链度体型高分 子珠粒，其内部拥有分子水平的孔道，提供扩散通道和吸 附场所 它的特点是容易再生，可反复使用。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
吸 附 树 脂
第二节 常用吸附剂的结构与性能
第一节 多孔物质的物理性质
平 均 孔 半 径
多孔物中孔的形状极为复杂，形状极不规则 孔的立体结构更复杂， 为了研究方便一般假定为圆柱状。
第一节 多孔物质的物理性质
圆柱体的体积V r 2l , 空心圆柱（即孔隙）的内表面积S 2r l
平 均 孔 半 径
2V 圆柱体的平均孔半径r , V (ml / g ), S (m 2 / g ) S 2V r 103 (nm) S 3V 若孔为圆锥形r 103 (nm) S 2.5V 有时也可取两者的平均值r 103 (nm) S
第五章 常用吸附剂
2017/8/22
多孔物质的物理结构的测 定方法 常见吸附剂的结构与性能 固体表面的改性和应用
第一节 多孔物质的物理性质
1
密度
比表面积
2
3 4 5 6
孔体积
平均孔半径 孔径分布
粒度
第一节 多孔物质的物理性质
堆密度 d堆
密
颗粒密度 d颗
度
骨架密度 d真
V堆= V隙+V孔+ V骨
特粗孔硅胶(即目前所谓的扩孔硅胶)：超过10nm
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的表面结构和性能
硅
胶
硅胶的骨架(Si02)是以硅 原子为中心、氧原子为顶 点的Si—O四面体在空间 不太规则地堆积而成的无 定形体。Si02一旦和湿空 气接触，其表面上的硅原 子就和水“反应”，产生 羟基，这就是化学吸附的 水。除此之外，表面上也 有物理吸附水。
蒙脱土
土
四种晶型
凹凸棒土
伊利土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
黏
土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
硅藻死后，它们坚固多孔的外壳—细胞壁也不会 分解，而会沉于水底，经过亿万年的积累和地质变 迁成为硅藻土。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土 硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻 ，工业上常用来作为保温材料，过滤材料、填料 、研磨材料、水玻璃原料及催化剂载体等。
对于墨水瓶状的孔 P吸>P脱，产生滞后现象
第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔 径 分 布
f 表 L 2 r f退 f 表 cos 2 r cos 2 r cos 2 r cos140 f压 r p
2
2 cos140 r=p
吸附量/压力
吸附量/孔径
孔径分布
p0 2 M 2 M cos ln RT r Kelvin公式 pr RT r1
第一节 多孔物质的物理性质
吸附滞后：指在脱附过程中，脱附曲线和 吸附曲线有一部分不重合。
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
对于一端封闭的圆柱形或平行板状的孔，不 产生吸附滞后现象。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
分子筛是以SiO2和Al203为主要成分的结晶铝硅酸盐其晶 体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多直径相同 的孔(又称“窗口”)相连。因它能将比孔径小的分子吸 附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在外面，起到 筛分分子的作用，所以称为分子筛。
改 性 效 果 的 评 价
( g s l s ) g l cos g s l s g l cos
cos cos
Wenzel 方程 当θ<90时，θ`<θ 当θ>90时, θ`>θ
θ θ
θ`
第三 节 固体的表面改性及应用
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔 体 积
V
W样 ( CCl ） W空 ( CCl 4） W样
4
V：样品内部的微孔总体积，（ml / g ) W样 ( CCl ）: 样品吸附CCl4的质量（g）
4
W空 ( CCl 4） ：空瓶吸附CCl4的质量（g） W样：样品质量（g）
：吸附温度时CCl4的密度（g / ml）
第一节 多孔物质的物理性质
真密度
密
度
d 真＞d 颗＞d 堆
第一节 多孔物质的物理性质
比 表 面 积
气体吸附法 溶液吸附法
第一节 多孔物质的物理性质
气体吸附法
比 表 面 积
第一节 多孔物质的物理性质
气体吸附法
来自百度文库
GB/T 19587-2004 《气体吸附BET法测定固体物质比表面积》。 比 表 面 积
显微镜法 用显微镜放大颗粒，然 后通过数字摄像机和计算 机数字图像处理技术分析 颗粒大小和形貌 能给出不同等效原理的 粒度分布 能直接观察颗粒分散状 况、粉体样品的大致粒度 范围、是否存在低含量的 大颗粒或小颗粒情况等等 并增加了详细的圆度分 析功能
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
改 性 方 法 与 机 理
RSiX
第三 节 固体的表面改性及应用
2、表面覆盖
改 性 方 法 与 机 理
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
等离子，即物质的第四态，由部分电子被剥夺后的原子以 及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气态物质。 它的能量范围比气态、液体、固态物质都高。存在具有一 定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞 击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生 一系列物理和化学过程。
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
聚四氟乙烯(PTFE)塑料板浸润 性很差，滴上的水珠成球形， 浸润角达133度，做复合材料 很难粘结。 经等离子体表面清洗和活化以后 ，聚四氟乙烯塑料板浸润性大大 改善,滴上去的水滴马上就散开了
第三节 固体的表面改性及应用
1、接触角

第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔 径 分 布
第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔 径 分 布
第一节 多孔物质的物理性质
筛分分析法
将一套适当目数的筛子上下相 叠，网孔由上至下逐层变小，将 称重后的样品倒入最上层的筛子 后在电动震动机上进行筛分。 为防止样品粘在筛子上，测定 前必须保证各类型样品的湿度符 合要求。 震动一定时间后称量每个筛子 里样品的重量，算出粒度百分数
Vm N A S0 1020 S 22400 Vm：盖满单分子层的饱和吸附量（ml，标准状态） N A：阿佛加得罗常数， S0：每个吸附质分子的截面积（nm 2） M ：吸附质的分子量
第一节 多孔物质的物理性质
溶液吸附法
比 表 面 积
在溶液吸附中，若侧得溶质盖满单分子层时的 x 饱和吸附量( ) m 并知溶质分子的截面积S 0，便可 m 按下式计算比表面积S： x S ( ) m N A S0 m
r越小，pr越小 r越大，pr越大
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
在吸附过程中，在较低的压力下，蒸汽在 半径较小的孔中先凝聚； 在较高的压力下，在半径较大的孔中接着 发生凝聚， 直到达到饱和蒸汽压时才在孔的平坦部分 凝聚。
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
2、黏度
改 性 效 果 的 评 价
若液体对改性样品有较好的润湿性则 黏度降低，反之则黏度升高
第三 节 固体的表面改性及应用
3、沉降性能
改 性 效 果 的 评 价
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的表面结构和性能
硅
胶
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 氧 化 铝
活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧 化铝。 它广泛用作炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂或裁体、除氟剂。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 炭
活性炭是一种多孔性含碳物 质，具有很强的吸附能力。 它主要由各种有机物质(如 木、煤、果核、果壳等)经 炭化和活化制成的。。
第一节 多孔物质的物理性质
孔 体 积
CCl4吸附法 密度法
第一节 多孔物质的物理性质
密度法
孔 体 积
1 1 V孔 V颗 V骨 d颗 d真
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔 体 积
直接测量单位质量孔性固体的孔全部被四氯化碳充 满时所需四氯化碳的质量，根据实验温度下四氯化碳 的密度可计算出其体积，即为固体比孔容 为避免在相对压力近于1时孔性固体颗粒间发生四 氯化碳的凝结，常用低蒸气压液体(如十六烷)与四氯 化碳混合使用，用量以使四氯化碳相对压力约为0.95 为宜。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
第三节 固体的表面改性及应用
第三节 固体的表面改性及应用
为达到某种目的，任何使固体表面性 质发生变化的各种措施（包括物理的或化 学的）都可以认为是表面改性，俗称表面 处理。
第三 节 固体的表面改性及应用
1、用偶联剂处理
n d d n
i i i i
i
度
d v (
3 n d i i i
n
i i
)
1
3
i
ds (
2 n d i i i
n
i
)
1
2
多分散体系d v d s d
第一节 多孔物质的物理性质
沉降分析法
粒
2r ( 0 ) g v 9
2
度
9 v r 2( 0 ) g
第一节 多孔物质的物理性质
堆密度
密
堆积密度d堆 m d堆 V堆
振实密度仪(堆密度仪)
度
第一节 多孔物质的物理性质
颗粒密度
密
度
颗粒密度d颗 d颗 m V颗
用d颗计算多孔物的微孔体积
第一节 多孔物质的物理性质
颗粒密度
密
度
颗粒密度仪
第一节 多孔物质的物理性质
真密度
密
3、真密度d真
度
m m d真 d介质 V真 m W1 W2
吸 附 树 脂
第二节 常用吸附剂的结构与性能
黏
土
是岩石经过风化作用形成的。粘土成份相当复杂 ，组成粘土矿的主要元素是硅、氧和铝，粘土中 还常含有石灰石、石膏、氧化铁和其它盐类。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活性白土
黏
吸附土
土
吸附角度
非吸附土
酸性白土 高岭土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
高岭土
黏
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
度
不同的放大倍数，1 格代表不同的长度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法 可测定粒子所占格数
粒
一般统计200-300个粒子（N） 统计每种大小粒子的例子个数 的多少（ni）
度
ni Ni N
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
粒
度
激光散射粒度仪
第一节 多孔物质的物理性质
粒
度
第二节 常用吸附剂的结构与性能
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的分类
细孔硅胶：平均半径在1-2nm以下
硅
中孔硅胶（B型硅胶）：孔半径在2—4nm范围内 粗孔硅胶：4-5nm以上 特细孔硅胶：低于0.2-0.26nm
胶
第一节 多孔物质的物理性质
孔 径 分 布
气体或蒸气吸附法 压汞法
多孔物孔径的分布是不均匀的 而要了解多孔物的孔结构的全貌，就必须 测定样品的孔径分布
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
p0 2 M 2 M cos ln pr RT r1 RT r