淺析比表面中BJH孔徑分布計算模型

1、Word文檔 淺析比表面中BJH孔徑分布計算模型 1、孔徑的定義 所謂的孔徑分布是指不同孔徑的孔容積隨孔徑尺寸的變化率。通常依據(jù)孔平均半徑的大小將孔分為三類：孔徑2nm為微孔，孔徑在 2-50nm范圍為中孔，孔徑50nm為大孔。假如是微孔，孔填充是一個連續(xù)的過程；而假如是個介孔，孔填充則是氣體在孔內(nèi)產(chǎn)生分散的過程，它表現(xiàn)為一級氣-液相轉(zhuǎn)移。 2、孔徑測試原理及BJH使用的限定條件 氣體吸附法孔徑分布測定利用的是毛細分散現(xiàn)象和體積等效代換的原理，即以被測孔中布滿的液氮量等效為孔的體積。吸附理論假設(shè)孔的外形為圓柱形管狀，從而建立毛細分散模型。 以Keivin方程為基礎(chǔ)的BJH法，是與孔內(nèi)毛細管分散

2、現(xiàn)象相關(guān)的，所以他們可用于介孔分布分析，但不適用于微孔填充的描述，甚至對于較窄的介孔也不正確。ISO15901其次部分對BJH的使用提出了明確的限定條件，假設(shè)如下： （1）孔道是剛性的，并具有規(guī)章的外形（比如圓柱狀）； （2）不存在微孔； （3）孔徑分布不連續(xù)超出此方法所能測定的最大孔隙，即在最高相對壓力處，全部待測定的孔隙均已被布滿。 3、Kelvin方程和BJH計算步驟 由毛細分散理論可知，在不同的P/P0下，能夠發(fā)生毛細分散的孔徑范圍是不一樣的，隨著P/P0值增大，能夠發(fā)生分散的孔半徑也隨之增大。對應(yīng)于肯定的P/P0值，存在一臨界孔半徑rc，半徑小于rc的全部孔皆發(fā)生毛細分散，液氮在其中

3、填充，大于rc的孔皆不會發(fā)生毛細分散，液氮不會在其中填充（也可以理解為對于已發(fā)生分散的孔，當(dāng)壓力低于肯定的P/P0時，半徑大于rc的孔中分散液將氣化并脫附出來）。臨界曲率半徑rc可由Kelvin方程給出： 其中，氮氣為吸附質(zhì)在77K時，是液氮的表面張力0.0088760N/m；Vml是液氮的摩爾體積，0.034752L/mol；R是氣體摩爾常數(shù)，8.314J/(molK)；T=77.35K，帶入Kelvin方程變?yōu)椋?此公式只適用于液氮溫度下（77K）氮氣吸附的孔徑分布計算。計算出的曲率半徑rc是Kelvin半徑，實際孔半徑為Kelvin半徑加吸附層的厚度t（液氮對固體是浸潤的，因此毛細孔內(nèi)會

4、形成凹液面），如下圖： 理論和實踐表明，當(dāng)P/P00.4（對應(yīng)孔半徑1.7nm）時，毛細分散現(xiàn)象才會發(fā)生，通過測定出樣品在不同P/P0下分散氮氣量，可繪制出其等溫吸脫附曲線，通過BJH法計算出其孔容積和孔徑分布曲線?？傮w計算步驟可概括為： （1）不論采納的是等溫線的吸附分支還是脫附分支，數(shù)據(jù)點均按壓力降低的挨次排列； （2）把壓力降低時，氮氣吸附體積的變化緣由是： a.毛細管中的分散物從孔道中脫離逃逸，這些孔道的孔徑范圍是依據(jù)壓力差由Kelvin方程計算的； b.毛細管分散物脫除后，其孔壁上的多層吸附膜厚度削減變薄。 （3）為測定實際孔徑和孔體積，必需考慮在毛細管分散物從空隙中脫除時，殘留了多層吸附膜。 4、數(shù)據(jù)牢靠性 只有當(dāng)試驗數(shù)據(jù)具有如下特點時，用BJH計算孔徑分布才是牢靠的： （1）孔隙是剛性的，且孔徑分布窄，范圍明確（即消失H1型遲滯回歸線）； （2）沒有微孔或很大的孔（是明確的型等溫線）； 5、適用范圍 BJH方法作為介孔孔徑分布的計算模型，也是目前被普遍接受的介孔孔徑分布計算模型。BJH法在吸附等溫線上的取點計算的傳統(tǒng)范圍是0.05-1之間，但在這種方法使用了60年后，隨著MCM-41