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BJH 修正和吸附層厚度計算大解密(1)

BJH 修正和吸附層厚度計算大解密(1)
美國麥克儀器  2021-08-23  |  閱讀:3444

大家做完靜態(tài)物理吸附實驗的時候,往往會對吸附等溫線數(shù)據(jù)點進行模型選擇,從而進一步分析得到所需參數(shù),比如用 t-plot 方法計算微孔孔體積、介孔內(nèi)外表面積,或用 BJH 模型計算介孔的孔徑分布等等。


大家在選擇 t-plot 和 BJH 方法時,會看到軟件相關(guān)方法界面里有 “Thickness Curve” 和 “BJH correction” 兩個子單元,子單元下又有很多以人名命名的方法。小伙伴們可能對這些各式各樣的方法感到不知所措,不知該如何選擇。其實這些以人名命名的方法都是與吸附層厚度的計算以及 BJH 方法的修正有關(guān),均為理論模型,適用于不同情況。選擇好這些厚度計算模型和 BJH 修正方法,能使測驗的孔容積和孔徑分布計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。


圖1. 厚度曲線與BJH修正


首先,我們要從吸附開始說起。低溫下,在孔道中進行氣態(tài)吸附質(zhì)吸附的過程,往往是從建立單層吸附層到多層吸附層的過程。


圖2. 單層到多層吸附


特別的,當(dāng)孔的尺寸為介孔時(2-50 nm),吸附質(zhì)氣體由于介孔的毛細管凝聚作用,會在已經(jīng)存在吸附層的孔道內(nèi)發(fā)生液化凝聚,這個毛細管凝聚過程可由簡單修正過的 Klevin 方程描述:


其中 P/P為相對壓力,γ 為液化吸附質(zhì)表面張力,θ 為接觸角,?ρ 為氣、固吸附質(zhì)密度差,r為孔半徑,t 為吸附層厚度。


那么 “BJH correction” 單元里的 Kruk-Jaroniec-Sayari(KJS 方法)和 Faas 又是什么呢?原來通過對已知孔徑的介孔硅基分子篩標(biāo)準(zhǔn)材料(如 M41S,SBA-15 和 MCM-Silicas 等)的研究,人們建立了反向修正 BJH 方法的途徑,由于 BJH 在小于 10nm 的孔徑計算上會有至多 20-30% 的低估,修正是必須的。 KJS 正是介孔材料計算式最常用的 BJH 修正方法。


至于 Fass 方法,則適用于對 BJH 計算步驟的修正。簡單來說,BJH 計算步驟涉及到脫附時毛細管中液化吸附質(zhì)蒸發(fā)量和吸附層厚度減少量的分別計算,有時在進行脫附時,介孔中只發(fā)生了的吸附層厚度變化,而并沒有發(fā)生液化吸附質(zhì)的氣化,這時就需要引入 Fass 修正。平常來說,大家只要選擇 KJS 修正即可。


說完 BJH 修正,我們來談?wù)勎綄雍穸惹€。吸附層厚度曲線的計算模型也是五花八門,各有千秋。大家熟悉的 t-plot 圖里的橫坐標(biāo)就由相對壓力變成了吸附厚度,對于無孔材料,這里做簡單的變化就可將吸附等溫線中的平衡吸附量 V與平衡吸附厚度 t 關(guān)聯(lián)起來:

其中 3.54 這個值就是單層氮氣吸附層厚度(單位:埃,前提是吸附質(zhì)為氮氣),vm 為吸附劑對氮氣的單層飽和吸附量。


這樣我們就得到了無孔材料的 t-plot 圖中的以吸附厚度為自變量的橫軸。


但對于有孔材料,上式不能成立,需要用到各種厚度計算模型,我們將在下一篇文章中詳細說明,便于小伙伴們理解和分析數(shù)據(jù)時的選擇,請大家保持關(guān)注!






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