BJH理论用于多孔二氧化硅的介孔分析 (IV型等温吸附线)

应用指南7-BJH理论用于多孔二氧化硅的介孔分析(IV型等温吸附线) 采用BJH(Barrett-Joyner-Halenda)理论进行介孔分析，基于以下三个来自等温吸附线的假设： 由于介孔(大孔)·中存在毛细冷凝现象，导致在一定温度下吸附质的饱和蒸气压变低，从而出现吸附质的冷凝现象(即毛细冷凝)。因此，BJH方法是基于吸附质为液体状态下，使用开尔文方程进行计算的(见公式1)。通常情况下，开尔文半径(re)是小于实际孔径(r)，因为吸附是从孔表面和吸附质间的相互作用开始的，紧接着才是吸附层的形成。所以，实际孔半径是吸附层的厚度(t)加开尔文半径(r.)之和(见公式2)。而且，在N2@77.4K的吸附等温线中，当相对压力P/Po小于0.42(对应孔半径小于1.7 nm)时，并不会发生毛细冷凝现象，所以毛细冷凝理论并不适用于小于1.7nm的孔分析。 N2，77K下的卡尔文公式 N2， Kelvin equation at 77K rp=7+1 (Equation 2) BJH理论：三个假设 ①孔形为圆柱形孔 ②接触角为0°的半球形弯月面③吸附层校正(厚度层 t) 图1显示了介孔硅材料Develosil100 的77.4K下的N2吸附脱附曲线，可以看出当P/P超过0.8时，由于毛细冷凝现象的存在，吸附曲线陡然上升，并且脱附曲线高于吸附曲线(回滞环，ⅣV型)，表明样品存在介孔。有许多理论解释回滞环的产生。在这个材料中，孔的形状为墨水瓶状，在吸附支线(从a到d)，吸附从孔的窄端开始，而在脱附支线，，吸附质从孔的最宽处开始脱附(从d到g)，但是由于瓶颈的存在，从f到g的脱附是立即完成的adsorption is performed at once from f to g. Fig.1 Adsorption isotherm of 1 Develosil (N2， 77K) 因此，等温吸附线的BJH曲线(图2)显示出Develosil100的中孔总孔容为1 cm/g， 中孔峰值孔径为16nm(吸附端)，瓶颈处的峰值孔径为12 nm(脱附端)。另外，图2中的孔径分布纵坐标具有物理意义，结果看起来很不同(图3)。孔体积容分布对较大孔径的影响很大，非常适合用来评价吸附剂和吸附过程中的孔体积。另一方面，面积分布主要体现小孔孔径，可用于对比反应过程中的活性位面积，如催化剂。 Fig.2 BJH-plot of the diagram 2 Develosil Fig.3 Diagram 3 BJH-plot (Volume Distribution， Area Distribution) 样品Devesil100的BET比表面积和结构分析在应用文章4(BET比表面评价)和应用文章9中介绍(T图法)。 The BET specific surface area and structural evaluation of this sample Devesil100 are introduced inMaterial No.4 (BET specific surface area evaluation) and No.9 (evaluation by t-plot method). 采用BJH(Barrett-Joyner-Halenda)理论进行介孔分析，基于以下三个来自等温吸附线的假设： 由于介孔（大孔）中存在毛细冷凝现象，导致在一定温度下吸附质的饱和蒸气压变低，从而出现吸附质的冷凝现象（即毛细冷凝）。因此，BJH方法是基于吸附质为液体状态下，使用开尔文方程进行计算的(见公式 1)。通常情况下，开尔文半径（rc）是小于实际孔径(rp) ,因为吸附是从孔表面和吸附质间的相互作用开始的，紧接着才是吸附层的形成。所以，实际孔半径是吸附层的厚度（t）加开尔文半径（rc）之和 (见公式 2)。而且，在N2@77.4 K的吸附等温线中，当相对压力P/P0小于0.42 （对应孔半径小于1.7 nm）时，并不会发生毛细冷凝现象，所以毛细冷凝理论并不适用于小于1.7nm的孔分析。 N2, 77K下的卡尔文公式BJH 理论: 三个假设① 孔形为圆柱形孔② 接触角为00的半球形弯月面③ 吸附层校正(厚度层 t) 图1显示了介孔硅材料Develosil100 的77.4 K下的N2吸附脱附曲线，可以看出当P/P0超过0.8时，由于毛细冷凝现象的存在，吸附曲线陡然上升，并且脱附曲线高于吸附曲线（回滞环，IV型），表明样品存在介孔。有许多理论解释回滞环的产生。在这个材料中，孔的形状为墨水瓶状，在吸附支线（从a到d），吸附从孔的窄端开始，而在脱附支线，吸附质从孔的最宽处开始脱附（从d到g）， 但是由于瓶颈的存在，从f到g的脱附是立即完成的。因此，等温吸附线的BJH曲线(图2) 显示出Develosil100的中孔总孔容为1 cm3/g, 中孔峰值孔径为16nm(吸附端),瓶颈处的峰值孔径为12 nm (脱附端)。另外，图2中的孔径分布纵坐标具有物理意义，结果看起来很不同(图 3)。孔体积分布对较大孔径的影响很大，非常适合用来评价吸附剂和吸附过程中的孔体积。另一方面，面积分布主要体现小孔孔径，可用于对比反应过程中的活性位面积，如催化剂。样品Devesil100的BET比表面积和结构分析在应用文章4（BET比表面评价）和应用文章9中介绍（T图法）。The BET specific surface area and structural evaluation of this sample Devesil100 are introduced in Material No.4 (BET specific surface area evaluation) and No.9 (evaluation by t-plot method).