气体的吸附和材料表面的性质密切相关,表面粗糙深度大于直径的小坑就称为孔。固体根据孔性质的不同,可以分为:微孔(<2nm)、介孔(2~50nm)、大孔(50nm以上)材料。在同一温度下,测定不同压力下吸附平衡时的气体吸附量,得到吸附等温线,不同类型的吸附等温线反映了固体材料表面的性质。1985年,IUPAC提出将吸附等温线分为6种类型(见图7-1)[1]:
Ⅰ型吸附等温线又称为Langmuir等温线,随着压力的增大,吸附量的增加先快后慢,出现一个转折点,这个点可以认为是吸附质中的小孔被填满时的点。微孔材料的等温吸附常常表现为这一类型的吸附曲线。
图7-16 种吸附等温线类型
Ⅱ型吸附等温线近S形,在较低压力下的拐点,可以认为是单分子层的饱和点,随着压力的增加,出现第二层及多层吸附。非多孔和大孔固体材料的等温吸附常常表现为这一类型的吸附曲线。
Ⅲ型吸附等温线的形状与Ⅰ型相反,又称为反Langmuir等温线,随着压力的增大,吸附量的增加先慢后快,向下凹,这是因为气体分子与吸附质的相互作用较弱,单分子层的吸附热比多层吸附小,在气压较大时,气体出现冷凝现象,吸附量大大增加。当固体材料与气体分子的相互作用很弱,小于气体分子之间的相互作用时,呈现出这一类型的吸附曲线。(www.daowen.com)
Ⅳ型吸附等温线在低压区与Ⅱ型曲线很像,在低压下有一个单层吸附与多层吸附之间的拐点。随着压力的增大,发生毛细凝聚现象,吸附量迅速增加,之后出现一个转折点,曲线趋于平坦,这个点可以认为是所有孔均发生毛细凝聚的点。毛细凝聚现象也会导致吸附曲线出现滞回,即脱附曲线在吸附曲线的上方。介孔材料的吸附常常表现为这一类型的吸附曲线。
Ⅴ型吸附等温线在低压区与Ⅲ型曲线很像,较高压力下跟Ⅳ型曲线一样,会出现由毛细凝聚导致的滞回现象。Ⅴ型吸附等温线很少见,发生于固体材料与气体相互作用力很弱,而气体分子之间相互吸引力很大的情况。
Ⅵ型吸附等温线表现为阶梯状,非孔材料表面均匀时才会发生这一类型的吸附,也很少见。
通过等温线的形状可以初步判断材料表面和孔性质的信息,并且可以通过等温线计算出材料的比表面积、孔体积、孔径分布等。
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