BJH理论用于多孔二氧化硅的介孔分析 (IV型等温吸附线)

2022-03-25

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（r_c）是小于实际孔径(r_p) ,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_c）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).