氮气吸附法(等温吸附)..共37页

吸附属于这种类型。
(Ⅴ)发生多分子层
吸附，有毛细凝聚
现象。例如373K时，
水汽在活性炭上的
吸附属于这种类型。
滞 后 环
7.6.3 LANGMUIR朗格缪尔单分子层吸附等温式
Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸 汽压力之间的定量关系。他在推导该公式的过程引 入了两个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。 设：表面覆盖度q
这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中 b称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸 附气体能力的强弱程度。
以q 对p 作图， 得：
1.当p很小，或吸附很弱时，bp<<1，q = bp， q 与 p 成线性关系。 2.当p很大或吸附很 强时，bp>>1，q =1， q 与 p无关，吸附已 铺满单分子层。 3.当压力适中， q pm，m介于0 与1之间。
氮气吸附
表面积分析测试方法有多种，其中气体吸附法因 其测试原理的科学性，测试过程的可靠性，测试结 果的一致性，在国内外各行各业中被广泛采用，并 逐渐取代了其它比表面积测试方法，成为公认的最 权威测试方法。许多国际标准组织都已将气体吸附 法列为比表面积测试标准，如美国ASTM的D3037， 国际ISO标准组织的ISO-9277。我国比表面积测试有 许多行业标准，其中最具代表性的是国标 GB/T19587-2004 《气体吸附BET法测定固体物质比 表面积》。
吸附量
V a(q ) m
x a q m
保持温度不变，显示吸附
量与比压之间的关系曲线称为
吸附等温线。
纵坐标是吸附量，横 坐标是比压p/ps，p是吸附
质蒸汽的平衡压力， ps是

氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。

每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。

那么吸附曲线在低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(I型，II型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈?型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(三型，Ⅴ型)。

中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。

BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如?型中如最后上扬，则粒子未必均匀。

平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。

◆几个常数1.液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm2.标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL3.STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。

从图中可看出，在低压段吸附量平缓增加，此时N2 分子以单层到多层吸附在介孔的内表面，对有序介孔材料用BET方法计算比表面积时取相对压力p/p0 = 0.10~0.29比较适合。

关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。

经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。

◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。

每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。

那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。

中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。

BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。

平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。

◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形 Ⅲ、Ⅴ型是凹形
2.吸附理论
I型等温线：Langmuir型等温线
❖ 微孔材料（包括多数沸石 和类沸石分子筛）
❖ 由于吸附质与孔壁之间的 强相互作用，吸附开始在 很低的相对压力下。
❖ 由于吸附的分子之间的相 互作用，完全填满孔穴需 要提高相对压力
❖ 在较低的相对压力下（ <0.3，氮气吸附）微孔填 充不会观察到毛细管凝聚 现象。
❖ 在低压区吸附量少且不出 现B点，表明吸附剂和吸 附质之间的作用力相当弱
❖ 相对压力越高，吸附量越 多，表现出有孔填充
2.吸附理论
IV型等温线
❖ 介孔材料 ❖ 较低的相对压力下，单分
子层吸附 ❖ 较高的相对压力下，吸附
质发生毛细管凝聚 ❖ 所有孔发生凝聚后，吸附
只在远小于表面积的外表 面上发生，曲线平坦 ❖ 在相对压力接近1时，在大 孔上吸附，曲线上升
❖多孔固体因毛细凝结（capillary condensation）而 引起的吸着作用也称为吸附作用
1.吸附现象
按吸附作用力性质的不同，可将吸附分为物 理吸附和化学吸附。
❖ 物理吸附：是由范得华力引起 的气体分子在固体表面及孔隙 中的冷凝过程。
❖ – 可发生单层吸附,多层吸附
❖ – 非选择性吸附
❖ – 有可逆性
的直线范围一般是在p/p0 0.05-0.35之间。 *C常数与吸附质和表面之间作用力场的强弱有关。给定不同 的C值，并以v/vm对p/p0作图，就得到下图的一组曲线。
BET法
常数c作参数，以吸附重量或 吸附体积（W/Wm或V/Vm） 对x=P/P0作图。 a)c﹥2 ， II型吸附等温线; b)c﹤2， III型吸附等温线 BET公式适用比压范围: 0.05≤x≤0.35

附已铺满单分子层。
θ = bp
1 + bp
3.当压力适
中，θ ∝pm，
m介于0与1之 间。
θ = bp 或者V = Vmbp
1 + bp
1 + bp
重排后可得： p = 1 + p V Vmb Vm
这是Langmuir吸附公式的又一表示形式。 用实验数据，以p/V~p作图得一直线，从斜率和 截距求出吸附系数b和铺满单分子层的气体体积 Vm。 习题:P353,7-10 要求使用坐标纸或者计算器程序.
(Ⅴ)发生多分子层 吸附，有毛细凝聚 现象。例如373K 时，水汽在活性炭 上的吸附属于这种 类型。
滞 后 环
7.6.3 LANGMUIR朗格缪尔单分子层吸附等温式
Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸 汽压力之间的定量关系。他在推导该公式的过程引 入了两个重要假设：
(1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。
Sg: 被测样品比表面积 (m2/g) Vm: 标准状态下氮气分子单层饱和吸附量 （ml） Am: 氮分子等效最大横截面积（密排六方理 论值Am = 0.162 nm2） W: 被测样品质量（g） N: 阿佛加德罗常数 （6.02x1023） 代入上述数据，得到氮吸附法计算比表面积 的基本公式：
由上式可看出，准确测定样品表面单层饱和 吸附量Vm是比表面积测定的关键。
这时氢没有解离，两原 子核间距等于Ni和H的原子 半径加上两者的范德华半径。
放出的能量ea等于物理 吸附热Qp，这数值相当于氢 气的液化热。
如果氢 分子通过a点 要进一步靠 近Ni表面， 由于核间的 排斥作用， 使位能的吸附称为化学吸附：
1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的 化学键力，一般较强。

氮气等温吸脱附计算比★★注意★★我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。

经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。

◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。

每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。

那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。

中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。

BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。

平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。

◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。

目的：是让大家对氮气等温吸脱附有一个基本的理解和概念，不会讲太多源头理论，内容不多，力求简明实用。

本人有幸接触吸脱附知识的理论和实践，做个总结一是长久以来的心愿，二则更希望能和大家共同学习、探讨和提高。

由于内容是自己的总结和认识，很可能会有部分错误，希望大家能给予建议、批评和指导，好对内容做进一步的完善。

★★注意★★我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。

经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。

◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。

每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。

那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。

中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。

BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。

平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。

◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。

固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。
中孔孔结构的计算 - 毛细凝聚法 大孔孔结构的计算 - 压汞法 微孔孔结构 层厚法
毛细凝聚现象 孔 = 毛细管；孔中的吸附 = 毛细凝聚
Kelvin公式：ln (p/p0) = - (2σV cosφ)/rRT 公式： σ φ 公式 σ 表面张力，V 液体摩尔体积，r 半径，φ 接触角 接触角, 0-90o, 浸润, 凹月面状 接触角, 90-180 o, 不浸润, 凸月面状
氮气等温吸脱附实验原理以及应用 氮气等温吸脱附实验原理以及应用
Wen Chao
2011.9.29
BET
单位重量催化剂的表面积， 单位重量催化剂的表面积，以m2 g-1表示
① 固体表面是均匀的 ② 吸附分子间无相互作用力 ③ 当p=p0时吸附层厚度趋于无穷大 ④ 吸附平衡时，每一层的蒸发速度等于其 凝聚速度
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
Two-Dimensional Hexagonally-Ordered Mesoporous Carbon Nitrides with Tunable Pore Diameter, Surface Area and NitrogenContent
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
Comparative plot representing the pressures observed for capillary pore condensation (ads.) and evaporation (des.) in the cases of hexagonal mesoporous silica (MCM-41, SBA-15) materials and the respective 3-D cubic mesoporous silica (MCM-48, KIT-6) materials, as a function of mesopore size. The three different hysteresis regime regions are indicated.

P
1 C−1 P
=+ •
V ( P0 − P) CVm CVm P0
式中，C — 常数 此即一般形式的BET等温方程。因为实验的目的是要求出C和Vm，故 又称为BET二常数公式。 （2） BET 比表面积 实验测定固体的吸附等温线，可以得到一系列不同压力P下的吸附 量值V，将P/V（P0-P）对P/P0作图，为一直线，截距为 1/ VmC，斜率为
然在粒径小、填充密度大时形成小孔，但一般都是形成大孔。分子能从
外部进入的孔叫做开孔(open pore)，分子不能从外部进入的孔叫做闭孔
(closed pore)。
单位质量的孔容积叫做物质的孔容积或孔隙率(porosity)
3． 吸附平衡 固体表面上的气体浓度由于吸附而增加时，称吸附过程
（adsorption）；反之，当气体在固体表面上的浓度减少时，则为脱附 过程（desorption）。
吸附等温线有以下六种（图 1）。前五种已有指定的类型编号，而第 六种是近年补充的。吸附等温线的形状直接与孔的大小、多少有关。
2
北京大学化学学院中级仪器实验室
比表面孔分布仪操作手册
图 1 吸附等温线的基本类型
Ⅰ型等温线：Langmuir 等温线 相应于朗格缪单层可逆吸附过程，是窄孔进行吸附，而对于微孔来说，可以 说是体积充填的结果。样品的外表面积比孔内表面积小很多，吸附容量受孔 体积控制。平台转折点对应吸附剂的小孔完全被凝聚液充满。微孔硅胶、沸 石、炭分子筛等，出现这类等温线。 这类等温线在接近饱和蒸气压时，由于微粒之间存在缝隙，会发生类似于大 孔的吸附，等温线会迅速上升。
P/V = P/ Vm + 1/BVm
以P/V～P作图，为一直线，根据斜率和截距，可以求出B和Vm 值（斜

2.吸附理论
IV型等温线
❖ Ⅴ型等温线很少遇到，而 且难以解释，虽然反映了 吸附质与吸附剂之间作用 微弱的Ⅲ型等温线特点， 但在高压区又表现出有孔 充填（毛细凝聚现象）。
2.吸附理论
毛细管凝结现象
❖ 根据Kelvin公式，凹液面 上的蒸汽压小于平液面上 的饱和蒸汽压，所以在小 于饱和蒸汽压时就有可能 在凹液面上发生蒸汽的凝 结，发生这种蒸汽凝结的 作用总是从小孔向大孔， 随着气体压力的增加，发 生气体凝结的毛细孔越来 越大，这种现象被称为毛 细凝结现象。
多孔材料的分析技术
— 氮气吸附法
主要内容
1.吸附现象
2.吸附理论
4.微孔结构分析
3.中孔结构分析
1.吸附现象
❖ 当气体或蒸汽与干净的固体接触时，一部分气体 被固体捕获，若气体体积恒定，则压力下降，若 压力恒定，则气体体积减小。从气相中消失的气 体分子或进入固体内部，或附着于固体表面。前 者被称为吸收（absorption），后者被称为吸附（ adsorption）
由H1型滞后环可知SBA-15具有有序六方介孔结构？H1型滞后环可以看出有序介孔， 但是否是六方、四方、三角就不知道了，六方是小角XRD看出来的东西！
4.微孔结构分析
1)D-R方程
微孔充填率θ:在单一吸附质体系,吸附势作用下,吸附剂被吸附质充占的体积 . 分数是吸附体积Ｖ与极限吸附体积Ｖ0之比,定义为微孔充填率θ
Dubinin-Radushkevich(D-R)方程:
V
V0
exp
k
A
n
式中β是亲和系数, (对于苯为1);
ｎ为系数, (活性炭-苯体系的ｎ为2);
ｋ为特征常数
A为固体表面吸附势

张 水 连
（ 中国石化江汉 油 田分公司勘探开发研究院 ，湖北武汉
摘
４ ３ ０ ２ ２ ３ ）
要 ：常规 的测试技 术主要 测试微 米级的孔 隙 ，而泥 页岩 的孔 隙从 纳米级 到微 米级 均有 分布 ， 因此 常
规 的测试技 术难 以准确 的表征 泥 页岩 的微 观孔 隙结构 ，引入 氮气吸 附法对 泥 页岩 的纳米孔 隙进行 分析 ，可 以 弥补常规 测试技 术的 不足 。研 究表 明泥 页岩 的孔 隙既 包括 两端开 口的 圆柱 形孔 、四边 开放 的 平行 板 结构的狭 缝 型孔 ，又含有墨水瓶孔、锥形管孔、锥形结构的狭缝孔 以及一端开口的圆柱孔 ；孔径 多分布在 １ ８ ｎ ｒ ｎ ￣ ， Ｘ
以是多层 的，多适用于介孔的测试 。计算方法是在
吸附等温线 上相对 压力 约为０ ． ０ ５～０ ． ３ ５ 范 围内选择连
续的五个点做Ｂ Ｅ Ｔ 直线图， 从而得到样品的比表面。 常用以毛细凝缩理论为基础的Ｋ ｅ ｌ ｖ ｉ ｎ 公式计算孔 隙半径 ， 该方法假设孔隙为圆柱状。该方程是从热
中 ，测出不同的相对压力下样品对氮气的吸附量 ，
绘制 出等 温线 ，根 据等 温线 上 的数 据按 不 同的方 法
模 型 即可计算 出 比表 面 、孔 直径 、孔容 积 ，从 而绘
制 出孔 径分布 图。
压汞、铸体图像分析多测试几个微米以上的孔隙，
因此 常规 的测 试技 术 难 以准确 的表 征泥 页岩 的微 观
作者 简介 ：张水 连 ，女 ，工程师 ，毕业于吉林 大学地
质学 专业 ，本科 学历 ，现 主要从事储层 微观特征研究 。
氮气吸附法是将烘干、脱气处理后 的样 品置于液氮
第４ 期

不知道你说的是哪五个图一般来说滞后环是中孔材料的特征氮气在孔内的模型一般选择是球形，圆柱形或者是狭缝型，具体的视材料特征而定。

BJH是中孔材料的孔径分布计算公式，微孔的可以选择HK模型，目前比较先进的模型是NLDFT和MC法（比较精确，而且不局限于中孔材料的孔径分布）作者：aust_jheI 型等温线在较低的相对压力下吸附量迅速上升，达到一定相对压力后吸附出现饱和值，似于Langmuir 型吸附等温线。

只有在非孔性或者大孔吸附剂上，该饱和值相当于在吸附剂表面上形成单分子层吸附，但这种情况很少见大多数情况下，I 型等温线往往反映的是微孔吸附剂（分子筛、微孔活性炭）上的微孔填充现象，饱和吸附值等于微孔的填充体积。

可逆的化学吸附也应该是这种吸附等温线。

II 型等温线反映非孔性或者大孔吸附剂上典型的物理吸附过程，这是BET 公式最常说明的对象。

等温线拐点通常出现于单层吸附附近。

随相对压力增加，多层吸附逐步形成，达到饱和蒸汽压时，吸附层无穷多，导致试验难以测定准确的极限平衡吸附值。

III 型等温线十分少见。

吸附气体量随组分分压增加而上升。

曲线下凹是因为吸附质分子间的相互作用比吸附质与吸附剂之间的强，第一层的吸附热比吸附质的液化热小，以致吸附初期吸附质较难于吸附。

随吸附过程的进行，吸附出现自加速现象，吸附层数不受限制。

BET 公式C 值小于2 时，可以描述III 型等温线。

IV 型等温线与II 型等温线类似，但曲线后一段再次凸起，且中间段可能出现吸附回滞环，其对应的是多孔吸附剂出现毛细凝聚的体系。

在中等相对压力下，由于毛细凝聚的发生IV 型等温线较II 型等温线上升得更快。

中孔毛细凝聚填满后，如果吸附剂还有大孔径的孔或者吸附质分子相互作用强，可能继续吸附形成多分子层，吸附等温线继续上升。

V 型等温线与III 型等温线类似，但达到饱和蒸汽压时吸附层数有限，吸附量趋于一极限值。

由于发生毛细凝聚，在中等的相对压力等温线上升较快，并伴有回滞环。

氮气吸附法在测定材料比表面积和孑L径分布方面的应用原理【摘要】氮气吸附法是一种常用的表征材料比表面积和孔径分布的方法。

本文首先介绍了氮气吸附法的工作原理，然后分别讨论了材料比表面积和孔径分布的测定原理。

接着详细探讨了氮气吸附法在比表面积和孔径分布测定中的应用，强调了它的重要性。

结论部分指出了氮气吸附法在材料表面积和孔径分布测定中的重要性，并对未来的发展进行了展望。

本文对氮气吸附法在材料研究领域具有重要的指导意义，为进一步研究提供了参考。

【关键词】氮气吸附法、比表面积、孔径分布、材料测定、重要性、展望、研究背景、研究意义、工作原理。

1. 引言1.1 研究背景氮气吸附法通过在一定温度下将氮气吸附至材料表面，利用气体分子在不同介孔中的吸附特性，来计算材料的比表面积和孔径分布。

该方法简单易操作，且能够准确快速地测定材料的表面积和孔隙结构，因此在材料研究领域得到了广泛的应用。

本文将探讨氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用原理，以期为材料研究提供新的测定方法和理论依据。

1.2 研究意义氮气吸附法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用具有重要的研究意义。

在材料科学领域，比表面积和孔径分布是评价材料性能和应用潜力的重要参数之一。

通过氮气吸附法可以快速准确地测定材料的比表面积和孔径分布，为材料研究和应用提供重要的参考数据。

氮气吸附法在表征材料方面具有广泛的适用性，可以应用于各种类型的材料，包括纳米材料、多孔材料和催化剂等。

通过氮气吸附法的应用，可以深入了解材料的结构特征和表面性质，为材料设计和改进提供科学依据。

研究氮气吸附法在材料比表面积和孔径分布测定中的应用原理具有重要的理论和应用价值，对于推动材料科学研究和技术发展具有重要意义。

2. 正文2.1 氮气吸附法的工作原理氮气吸附法是一种常用的表征材料比表面积和孔径分布的方法。

其基本原理是利用氮气在不同压力下对样品表面的吸附量进行测定，从而推导出样品的比表面积和孔径分布信息。

H3和H4型迟滞回线
形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟 滞环 H4也是狭缝孔，区别于粒子堆 集，是一些类似由层状结构产 生的孔。 开始凝聚时，由于气液界面是 大平面，只有当压力接近饱和 蒸汽压时才发生毛细凝聚（吸 附等温线类似Ⅱ型）。蒸发时 ，气液界面是圆柱状，只有当 相对压力满足 时，蒸发才能开始。
H3和H4型迟滞回线
狭缝状孔道 非均匀的孔呈现H3迟滞环 H3与H4相比高压端吸附量大 ，认为是片状粒子堆积形成的 狭缝孔； 只有当压力接近饱和蒸汽压时 才开始发生毛细孔凝聚，蒸发 时，由于板间不平行，Kelvin 半径是变化的，因此，曲线并 不像平行板孔那样急剧下降， 而是缓慢下降。
2.吸附理论
毛细管凝结现象
根据Kelvin公式，凹液面 上的蒸汽压小于平液面上 的饱和蒸汽压，所以在小 于饱和蒸汽压时就有可能 在凹液面上发生蒸汽的凝 结，发生这种蒸汽凝结的 作用总是从小孔向大孔， 随着气体压力的增加，发 生气体凝结的毛细孔越来 越大，这种现象被称为毛 细凝结现象。
孔的毛细效应对 吸附等温线的影响
4.微孔结构分析
b.吸附能与平均孔宽的计算
苯作为参比吸附质时:
吸附能:
E T 6289 k
1 2
平均孔宽:
式中:
wadv T 4.25 10 k
6


12

M M ref ref
M, Mref分别为吸附质和参比吸附质的相对分子量; ρ ,ρ ref分别为吸附质和参比吸附质在吸附温度T时的液体密度; k为D-R图的斜率.
H1型迟滞回线
均匀大小且形状规则 的孔 吸附时吸附质一层一 层的吸附在孔的表面 （孔径变小）
脱附时为弯月面

金属粉末比表面积的测定氮吸附法金属粉末比表面积的测定氮吸附法___________________________________金属粉末比表面积（BET）是一种测定固体表面积的重要方法，它可以用来测量和分析金属粉末的表面性质。

氮吸附法（N2 adsorption）是金属粉末比表面积测定的一种常用方法。

## 一、氮吸附原理氮吸附原理是基于物质的表面积与气体的吸附率成反比的原理。

当气体流过表面时，气体分子会以一定的速率吸附在物质表面上，从而减少气体流量，因此可以通过测量气体流量的变化来测定物质表面积。

在氮吸附法中，金属粉末样品会被放入一个特殊的装置中，然后在装置中加入一定数量的氮气，并且控制氮气的流速，当氮气经过金属粉末样品时，部分氮气会被金属粉末样品吸附，从而减少氮气的流量，然后通过测量变化后的氮气流量来计算金属粉末样品的表面积。

## 二、操作步骤1. 将金属粉末样品放入装置中，并将装置安装在一台负责测试的机器上。

2. 调节机器上的参数，设定氮气吸入速度为一定值，然后开始测试。

3. 在进行测试过程中，会不断监测氮气流量，当流量达到一定值时，表明氮气已经完全吸附，此时可以停止测试。

4. 测试完成后，可以通过计算得出金属粉末样品的比表面积。

## 三、优势与不足氮吸附法是一种快速、准确的测定金属粉末比表面积的方法，它能够快速准确地测定金属粉末样品的表面性质。

此外，氮吸附法也具有适用范围广、成本低、操作方便的优势。

但是，氮吸附法也存在一些不足之处。

例如，如果样品中含有其他成分，可能会影响测试结果的准确性。

此外，由于这种方法只能用于测试固体物质的表面性质，因此不能用于测试液体或气体的表面性质。

## 四、应用由于其准确性、快速性和低成本，氮吸附法在金属粉末比表面积测定方面应用广泛。

例如，它可以用来测试金属粉末样品的表面形态、表面能、表面化学反应性能、表面张力、表面强度、表面活性剂性能以及其他表面特性。

此外，还可以用来分析金属粉末样品在不同条件下的表面形态变化情况，以及对样品进行加工或合成时对其形态、性能及其他特性的影响。

Langmuir方程适用于相对压力较低 的情况，当相对压力接近1时， Langmuir方程可能会产生误差。
Freundlich方程
Freundlich方程是一种经验公式，用于描述等温吸附行 为。
Freundlich方程可以用来估算最大吸附量、吸附强度和 吸附容量等参数。
Freundlich方程假设吸附剂表面具有非均匀性，且吸附 分子之间存在相互作用。
混合气体氮气吸附技术
利用混合气体代替单一氮气作为吸附剂，提高吸附剂的吸附容量和 选择性。
氮气吸附法的发展趋势
纳米尺度吸附剂
利用纳米技术制备具有高比表面 积和孔容的纳米级吸附剂，提高
吸附性能。
复合功能化吸附剂
通过表面修饰和功能化改性，制备 具有特定功能的复合型吸附剂，满 足特定应用需求。
智能化吸附技术
氮气吸附法的应用领域
01
02
03
材料科学
用于研究材料的表面性质 和孔结构，如催化剂、分 子筛、活性炭等。
能源领域
用于研究储氢材料、电池 电极材料等的表面性质和 孔结构。
环境科学
用于研究土壤、水体等的 污染程度和治理效果。
氮气吸附法的优缺点
优点
测量精度高、适用范围广、可测 量材料的比表面积、孔径分布和 孔容等参数。
。
BET方程适用于多分子层吸附 ，尤其在相对压力接近1时更
为准确。
Langmuir方程
Langmuir方程是等温吸附理论中的 一种，适用于单分子层吸附。
Langmuir方程可以用来计算饱和吸 附量、吸附平衡常数等参数。
Langmuir方程假设吸附剂表面是有 限的，且每个吸附位点只能吸附一个 分子。
03
实验操作与设备