孔徑分布

孔徑分布(pore size distribution)是指材料中存在的各級孔徑按數量或體積計算的百分率。一般測試樣品的孔徑分布,所使用的方法就是靜態容量法和壓汞法。其原理是通過測試的分壓和對應的各級孔的吸附量,來表征材料孔徑的分布。表征的方法是,通過各級孔徑的體積與對應的分壓下的一個曲線圖,來表征材料的孔徑分布。

基本介紹

原理,測定方法,相關國家測試標準,

原理

許多超細粉體材料的表面是不光滑的,甚至專門設計成多孔的,而且孔的尺寸大小、形狀、數量與它的某些性質有密切的關係,例如催化劑與吸附劑。因此,測定粉體材料表面的孔容、孔徑分布具有重要的意義,所謂孔容孔徑分布是指不同孔徑的孔容積隨孔徑尺寸的變化率。國際上,一般把這些孔按尺寸大小分為三類:孔徑≤2nm為微孔,孔徑在2-50nm範圍為介孔,孔徑≥50nm為大孔,其中中孔具有最普遍的意義。

測定方法

氮吸附法測定中微孔孔徑分布是比較成熟而廣泛採用的方法,它是用氮吸附法測定BET比表面積的一種延伸,都是利用氮氣的等溫吸附特性曲線:在液氮溫度下,氮氣在固體表面的吸附量取決於氮氣的相對壓力(P/P0),P為氮氣分壓,P0為液氮溫度下氮氣的飽和蒸汽壓;當P/P0在0.05-0.35範圍內時,樣品吸附特性符合BET方程;當P/P0≥0.4時,由於產生毛細凝聚現象,即氮氣開始在顆粒孔隙中發生凝聚,通過實驗和理論分析,可以測定孔容、孔徑分布。
利用氮吸附法測定孔徑分布,採用的是體積等效代換的原理,即以孔中充滿的液氮量等效為孔的體積。由毛細凝聚現象可知,在不同的P/P0下,能夠發生毛細凝聚現象的孔徑範圍是不一樣的。當P/P0值增大時,能發生凝聚現象的孔半徑也隨之越大,對應於一定的P/P0值,存在一臨界孔半徑rk,半徑小於rk的所有孔皆發生毛細凝聚,液氮在其中填充,大於rk的孔皆不會發生毛細凝聚,液氮不會在其中填充。臨界半徑可由凱爾文方程給出了:
rk稱為凱爾文半徑,它完全取決於相對壓力P/P0,即在某一P/P0下,開始產生凝聚現象的孔半徑為一確定值,同時可以理解為當壓力低於這一值時,半徑大於rk的孔中的凝聚液將氣化並脫附出來。實際過程中,凝聚發生前在孔內表面已吸附上一定厚度的氮吸附層,該層厚也隨P/P0值而變化,因此在計算孔徑分布時需進行適當的修正。
凱爾文公式凱爾文公式
現在分析孔徑的分布,一般是分開來分析,也就是,各個階段的孔的分析模型不一樣,微孔一般是HK,SF,T-plot.介孔的一般是BJH。大孔的一般是通過壓汞法來測試。如果要想分析全孔的孔徑分布。可以利用NLDFT模型來分析。

相關國家測試標準

目前,國內關於比表面積測試的現行有效國家標準約有十幾個,現列舉幾個比較常用的國家標準方法:
GB/T 19587-2004 《氣體吸附BET法測定固態物質比表面積》
GB/T 13390-2008 《金屬粉末比表面積的測定 氮吸附法》
GB/T 7702.20-2008 《煤質顆粒活性炭試驗方法比表面積的測定》
GB/T 6609.35-2009 《氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法 第35部分:比表面積的測定 氮吸附法》
SY/T 6154-1995 《岩石比表面和孔徑分布測定 靜態氮吸附容量法》

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