碳分子筛的微结构表征_刘克万

第26卷　第6期Vo l .26　No .6材　料　科　学　与　工　程　学　报

Jo urnal o f Materials Science &Engineering

总第116期Dec .2008

文章编号:1673-2812(2008)06-0984-06

碳分子筛的微结构表征

刘克万1,辜　敏1,林文胜2,鲜学福1,曾　来1

(1.重庆大学资源及环境科学学院西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室,重庆　400044;

2.上海交通大学机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所,上海　200030) 【摘　要】　综述了国内外表征碳分子筛(CM S )微结构包括微孔结构、表面形态与形貌的主要方法。详细介绍了表征CM S 微孔结构所借助的主要吸附理论模型的特点及其在解析CM S 微孔结构的应用情况,分析了各种模型

的优势与不足。同时,还对红外光谱、X 射线衍射与扫描电子显微镜技术在CM S 表面形态及形貌表征的的应用进行了讨论。

【关键词】　碳分子筛;表征;微孔结构;表面形态与形貌

中图分类号:O 647.33 文献标识码:A

Characterization of Microstructure of Carbon Molecular Sieve

LIU Ke -wan 1

,GU Min 1

,LIN Wen -sheng 2

,XIAN Xue -fu 1

,ZENG Lai

1

(1.Key Laboratory for the Exploitation of So uthwest Resources &the Environmental Disaster Control Engineering under the

State Ministry of Education ,College of Reso urces and Enviro nmental Science ,Chongqing University ,C hongqing 400044,China ;2.School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030,C hina )【A bstract 】　T he characteriza tion me tho ds fo r the micr ostructure ,including micro po re struc ture ,surface mo rphology and topog raphy o f ca rbon mo lecular sieves (CM S ),w ere review ed in this paper .T he features o f the main adso rptio n theory mo del

used to characterize the micr opore s of CM S w ere intro duced in detail ,and the adv antages and the e xisting deficiencies o f these models wer e a naly zed .T he applications o f inf rared absor ption spec troscopy (I R ),x -ray diffractio n (X RD )and scanning e lectro n microscopy (SEM )fo r surface morpholog y and to po g raphy cha racte rizatio n w ere also discussed .【Key words 】　carbon molecular sieve (CM S );charac te rizatio n ;micro po re structure ;surface mo rpho lo gy and topog raphy

收稿日期:2008-01-14;修订日期:2008-03-02

基金项目:重庆市院士基金资助项目(CSTC ,2005A B6007),教育部重点资助项目(107090),国家863计划资助项目(2006A A06Z234)作者简介:刘克万(1979-),男,湖北荆州人,博士,研究方向:碳质材料的制备及气体分离技术。E -mail :sjflkw @126.c o m .通讯作者:鲜学福(1929-),男,院士,教授,博士生导师,E -mail :gumin66@y ahoo .com .cn .

1　引　言

碳分子筛(ca rbo n molecular sieve ,CM S )是20世纪70

年代发展起来的新型碳质吸附剂[1]

,主要由1nm 以下呈狭缝状的微孔和少量大孔组成,其孔径分布较窄,一般在0.3～1.0nm 左右。由于CM S 具有独特的孔隙结构,并且其化学稳定性高、耐高温、耐酸碱,因而作为吸附剂广泛用于环保、医药、食品、化工等领域。不同孔径CM S 的开发具有新的应用前景,如应用于煤层气中甲烷的变压吸附提纯。CM S 的吸附性能很大程度上决定于其微结构,因此,对CM S 的微结构进行表征具有重要意义,并已受到广泛关注[2-4]。CM S 的微结构主要包括微孔结构、表面形态及孔隙

形貌等几方面,这些参数不仅为CM S 的制备、吸附性能的

测试,也为CM S 吸附机理的研究提供重要的信息。

2　CM S 微孔结构的表征方法

CM S 的微孔结构参数主要包括比表面积、孔径、孔容以

及孔径分布,这些参数是决定吸附剂性能的最重要参数。对CM S 的微孔结构的表征,目前主要借助各种吸附理论模型解析测得的吸附等温线而得到微孔结构的数据。随着测试仪器的发展,可直接采用分子探针法测量孔径的大小。吸附等温线反映了吸附剂的表面性质、孔径分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。至今已经提出了许多吸附理论模型,常用的有Langmuir 吸附模型、BET 模