活性炭AX21孔结构的评价方法

2021-10-09

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。

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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。

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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))

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表1 活性炭AX21的比表面积,孔结构计算


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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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