BJH理論用于多孔二氧化硅的介孔分析 (IV型等溫吸附線)
采用BJH(Barrett-Joyner-Halenda)理論進行介孔分析,基于以下三個來自等溫吸附線的假設: 由于介孔(大孔)中存在毛細冷凝現象,導致在一定溫度下吸附質的飽和蒸氣壓變低,從而出現吸附質的冷凝現象(即毛細冷凝)。因此,BJH方法是基于吸附質為液體狀態下,使用開爾文方程進行計算的(見公式 1)。通常情況下,開爾文半徑(rc)是小于實際孔徑(rp) ,因為吸附是從孔表面和吸附質間的相互作用開始的,緊接著才是吸附層的形成。所以,實際孔半徑是吸附層的厚度(t)加開爾文半徑(rc)之和 (見公式 2)。而且,在N2@77.4 K的吸附等溫線中,當相對壓力P/P0小于0.42 (對應孔半徑小于1.7 nm)時,并不會發生毛細冷凝現象,所以毛細冷凝理論并不適用于小于1.7nm的孔分析。
N2, 77K下的卡爾文公式
BJH 理論: 三個假設
① 孔形為圓柱形孔
② 接觸角為00的半球形彎月面
③ 吸附層校正(厚度層 t)
圖1顯示了介孔硅材料Develosil100 的77.4 K下的N2吸附脫附曲線,可以看出當P/P0超過0.8時,由于毛細冷凝現象的存在,吸附曲線陡然上升,并且脫附曲線高于吸附曲線(回滯環,IV型),表明樣品存在介孔。有許多理論解釋回滯環的產生。在這個材料中,孔的形狀為墨水瓶狀,在吸附支線(從a到d),吸附從孔的窄端開始,而在脫附支線,吸附質從孔的最寬處開始脫附(從d到g), 但是由于瓶頸的存在,從f到g的脫附是立即完成的。
因此,等溫吸附線的BJH曲線(圖2) 顯示出Develosil100的中孔總孔容為1 cm3/g, 中孔峰值孔徑為16nm(吸附端),瓶頸處的峰值孔徑為12 nm (脫附端)。另外,圖2中的孔徑分布縱坐標具有物理意義,結果看起來很不同(圖 3)。孔體積分布對較大孔徑的影響很大,非常適合用來評價吸附劑和吸附過程中的孔體積。另一方面,面積分布主要體現小孔孔徑,可用于對比反應過程中的活性位面積,如催化劑。
樣品Devesil100的BET比表面積和結構分析在應用文章4(BET比表面評價)和應用文章9中介紹(T圖法)。
The BET specific surface area and structural evaluation of this sample Devesil100 are introduced in Material No.4 (BET specific surface area evaluation) and No.9 (evaluation by t-plot method).
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