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活性炭AX21孔结构的评价方法
2021/12/23 11:38
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方案摘要：
产品配置单：
高精度气体和蒸汽吸附仪 BELSORP MAX X
型号： BELSORP MAX X
产地： 日本
品牌： 麦奇克拜尔
¥50万 - 100万
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全自动比表面分析仪（微孔分析）
型号： BELSORP MINI X
产地： 日本
品牌： 麦奇克拜尔
¥30万 - 50万
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方案详情：
α图法（SPE法：扣除孔的影响）可以计算不同材料的各自比表面积和微孔孔容。α s图是将吸附等温线上（相对压力p/p0（横坐标）和吸附量V（纵坐标））转化α s，并为以α s为横坐标，吸附量V为纵坐标轴作图，其基于α s标准曲线[相对压力p/ p0（横坐标），每个相对压力点的吸附量V，p/p0=0.4对应的V0.4，转化为无量纲值（V/V0.4）即 αs（纵坐标））]。从α图上分析的结果（表面积和孔容）与t图法相同。由于α s是无量纲的，没有下限值的条件限制，可以得出极低压力下的详细信息（微孔情况），而t-图法需要考虑吸附层的厚度t(nm)。
图1是用BELSORP MAX测试碱性活性炭（AX21）在超低相对压力(P/ P0=1E-9)下开始的吸附等温线（N2@77.4 K）。这个等温线为I-b型，预示着存在微孔。图2是AX21，活性炭（CB：#51）和石墨化碳黑（GCB：LGC2102）的α s曲线叠加图，来比较其表面性质的差异。由于AX21与CB二者的α s曲线相似，可认为AX21的表面性质与CB接近。
图1 活性碳AX21的吸附等温线（N2@77.4K）
图2 活性炭AX21，CB，GCB的 αs曲线比较
图 3 左侧的图是使用 CB（红色）和 GCB（蓝色）作为标准 α s 曲线的AX21 的 α s-图。每个 α-图 有两个峰（微孔填充），从原点看到的个峰，存在极微孔（孔径<0.7 nm）时，出现填充弯折（F swing），存在超微孔（0.7 nm <孔径<2 nm）时第二个峰出现凝聚弯折（C swing）。直线①和③是连接原点和两峰之间峰谷的最低点的两条线。将直线①和③的斜率（图 3 左）代入到方程 1，得到总表面积（微孔和外表面积之和：ASPE），将切线②（图3右）的斜率代入到方程 1，得到外表面积和总孔容积。以上结果以及BET-图法的计算结果如表 1 所示。BET比表面积（2648 m2 g-1）不是用GCB作为参考αs曲线得到的比表面积（1860 m2 g-1），而是用CB 作为参考 αs 曲线计算的接近于 CB的比表面积（2645 m2 g-1）。因此，可以认为AX21的表面性质与CB相近。通过这种方式，α图能够计算表面积和微孔容积，能通过参考αs曲线的轨迹评估材料的表面性质。
图3 活性炭AX21的α s 曲线（参考α s曲线：CB，GCB（左图），参考α s曲线：CB（右图））
表1 活性炭AX21的比表面积，孔结构计算
该样品AX21的微孔的计算在第16篇(HK法研究活性炭AX21的微孔结构)中给出。
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