采用t-plot方法进行多种材料分析

2022-05-17

Lippens和de Boer开发了t-plot方法,是一种能够分析多种材料比表面积和孔容的方法。t-plot是将吸附等温曲线(横坐标为相对压力P/P0,纵坐标为吸附量)转化为以吸附层厚度的曲线(横坐标为吸附层厚度,纵坐标为吸附量),使用标准T曲线(横坐标是相对压力,纵坐标是吸附层厚度t)进行转化。吸附层厚度是通过公式1定义的,假定氮气分子在材料表面呈六边形紧密排列,Vm:单层吸附量,V:特定相对压力下的吸附量。

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通过无孔石英砂(a),微孔高硅分子筛(b),和含有介孔的多孔二氧化硅Develosil(c)的N2@77.4 K吸脱附等温曲线转化得到的t-plot,采用无孔二氧化硅的标准t曲线来计算得到各自的比表面积和孔容,如图2所示。石英砂(a)是一条过原点的直线,可以看出基本与SiO2的标准t曲线一致。该线的斜率提供了比表面积的信息。

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在高硅分子筛中,通过吸附等温线可以判断微孔的存在。过原点的直线斜率很大 (见图3 中的直线 ①),当微孔被N2填充完全后,斜率变小 (图3直线 ②). 从拐点计算平均孔半径(t) ,但是当2t值小于0.7nm时,这个数值就不可靠了。另外,图3中的第二条直线的截距和斜率分别表示微孔孔容和外表面积。微孔的比表面积可以通过条直线斜率得出的总表面积减去外表面积获得。此外,在多孔二氧化硅Develosil (c)中,过原点的直线向上发生了偏移 (见图 2(c)),与吸附支发生毛细冷凝现象一致,显示出孔的形状为圆柱形(见应用指南7 BJH方法分析介孔孔径分布)。从两条直线的斜率和截距可以计算得到总比表面,外表面积,介孔表面积和介孔孔容,详见表1。

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Table 1 各材料的比表面和孔容

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当采用t-plot方法对吸附等温线进行分析时,必须选择参考t-曲线。理想情况下,最好对样品做一条参考t曲线,并且保证样品的化学性质相同,且是无孔的。因此,我们正在准备与待分析样品化学性质接近的非极性样品的参考的t曲线,以及一些模型如Harkins-Jura和FHHs。


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