III 型等温线十分少见。等温线下凹,且没有拐点。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于吸附剂之间的强,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,而随吸附过程的进行,吸附出现自加速现象,吸附层数也不受限制。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。在中等的相对压力,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。但在大多数情况下毛细凝聚结束后,出现一吸附终止平台,并不发生进一步的多分子层吸附。
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。同时由于毛细凝聚地发生,在中等的相对压力等温线上升较快,并伴有回滞环。
VI 型等温线是一种特殊类型的等温线,反映的是无孔均匀固体表面多层吸附的结果(如洁净的金属或石墨表面)。实际固体表面大都是不均匀的,因此很难遇到这种情况。
1、 为什么要对样品进行脱气处理?目的是除去样品表面吸附的杂质,如水、油等,一般是将样品在真空下加热处理。2、 如何选择脱气温度?首要原则是不破坏样品结构。一般脱气温度不能高于固体熔点或玻璃的相变点,建议不要超过熔点温度的一半。我们测试仪器可选温度范围一般是室温-300℃。考虑到脱气温度过高会导致样品结构的不可逆变化,脱气温度过低又可能使脱气处理不完全导致结果偏小,所以在不破坏样品结构的基础上脱气温度可适当提高,同时也可以参考化学手册(如 the Handbook of Chemistry and Physics)以及各标准组织发布的标准方法(如ASTM)。3、如何选择脱气时间?脱气时间确定与脱气温度、样品孔道复杂程度有关。孔道越复杂,孔道里的杂质越难出来,需要脱气时间就越长;脱气温度低,分子扩散速度慢,脱气时间也需要延长;一般样品的脱气时间可设置不少于6h,对一些含有复杂微孔样品其脱气时间则需要更长。但也有特例,美国药典规定硬脂酸镁脱气时间仅为2h。
10、孔容积(pore volume)和孔径分布(pore size distribution)孔结构的测定一般有气体吸附法和压汞法等,气体的物理吸附应用于直径小于50 nm的孔,而压汞法可应用于直径大于约3.5 nm的孔系统。对于分子不能进入的封闭孔( closed pore)可用小角 X 射线散射或小角中子散射等方法测定。注意:不要用气体吸脱附实验测试孔径大于50 nm的样品。11、 一般情况下,孔径计算应该采用脱附支数据?A. 对于理想的两端开口的圆筒形孔,吸附支和脱附支重合;B. 对于两端开口的圆柱形孔,吸附支对应的弯液面曲率是圆柱面,而脱附支对应的才是在孔口处形成的球形弯液面;C. 平板孔和由片状粒子形成的狭缝形孔,吸附时不发生毛细凝聚,而脱附支数据才反映真实的孔隙;D. 对于口小腹大的“墨水瓶”孔等带有咽喉孔口的孔(喉部尺寸小于空腔尺寸),吸附 是一个孔空腔内逐渐填满的过程,根据吸附支数据可得到空腔内的孔径分布,但是脱附支能反映喉部的孔径(这里为FDU-12等三维介孔材料的窗口与孔径的计算提供了理论依据)。而多孔催化剂的内扩散速率恰恰是被孔道最窄的喉部尺寸限制,而不是扩展的空腔尺寸。因此脱附支是孔大小更好的度量。特别是当交织的孔结构具有几条平行的喉管时,脱附支反映的是其中最粗的喉管尺寸,而这恰好又能正确地反映孔结构对催化剂内扩散的限制作用。吸附时,在毛细凝聚前可能需要一定程度的过饱和, Kelvin 公式所假定的热力学平 衡可能达不到。还有脱附时毛细孔内的凝聚液与液体本体性质接近,而吸附时,物理力(特别是第一层)与液体本体分子间力不一样,这时 Kelvin 公式使用液体本体表面张力与液体的摩尔体积比较勉强。12、从 BET 方程计算比表面积都有哪些应用限制?多层吸附理论(简称 BET 方程)是目前最流行的比表面计算方法。最初的 BET 工作是建立在氮吸附Ⅱ类等温线上,各种无孔吸附剂可以在 P/P0 0.05-0.3 的范围内给出线性 BET 图,继而计算出比表面值。孔隙度(如微孔和介孔的存在)对 BET 方程的适用性有重要影响。BET 方程可以应用在非孔和较宽孔直径的介孔材料的比表面分析,但严格意义上,不能用于微孔吸附材料,因为单层-多层吸附过程通常在相对压力(p/p0 )小于 0.1 时就完成了,在微孔填充过程中区分它们是非常困难的。另一方面,BET 的计算结果与吸附物质分子的体积和形状有关,即评估表面积的有效基准尺度会发生问题,因为常用作吸附气体的氮气在微孔吸附过程中,分子截面积因四极矩作用会发生变化,这就破坏了 BET 方程计算的基础。13、什么叫“等效 BET 表面积”?通过 BET 法从微孔材料吸附曲线上计算得到的表面积值不能反映材料真实的内部表面积,但可考虑称作“表观的”或“等效 BET 表面积“。14、影响 BET 比表面分析结果的因素有哪些?BET 比表面积是物理吸附分析仪所能计算的参数中最容易得到的一个,因为它的基础计算数据是取自吸附等温线多层吸附的饱和阶段,也是等温线最平缓的一段。但是,其最终结果受到诸多因素影响,这就造成了在不同仪器和不同实验室数据比对时的误差,误差的来源包括如下原因: