浅析比表面中BJH孔径分布计算模型

1、Word文档 浅析比表面中BJH孔径分布计算模型 1、孔径的定义 所谓的孔径分布是指不同孔径的孔容积随孔径尺寸的变化率。通常依据孔平均半径的大小将孔分为三类：孔径2nm为微孔，孔径在 2-50nm范围为中孔，孔径50nm为大孔。假如是微孔，孔填充是一个连续的过程；而假如是个介孔，孔填充则是气体在孔内产生分散的过程，它表现为一级气-液相转移。 2、孔径测试原理及BJH使用的限定条件 气体吸附法孔径分布测定利用的是毛细分散现象和体积等效代换的原理，即以被测孔中布满的液氮量等效为孔的体积。吸附理论假设孔的外形为圆柱形管状，从而建立毛细分散模型。 以Keivin方程为基础的BJH法，是与孔内毛细管分散

2、现象相关的，所以他们可用于介孔分布分析，但不适用于微孔填充的描述，甚至对于较窄的介孔也不正确。ISO15901其次部分对BJH的使用提出了明确的限定条件，假设如下： （1）孔道是刚性的，并具有规章的外形（比如圆柱状）； （2）不存在微孔； （3）孔径分布不连续超出此方法所能测定的最大孔隙，即在最高相对压力处，全部待测定的孔隙均已被布满。 3、Kelvin方程和BJH计算步骤 由毛细分散理论可知，在不同的P/P0下，能够发生毛细分散的孔径范围是不一样的，随着P/P0值增大，能够发生分散的孔半径也随之增大。对应于肯定的P/P0值，存在一临界孔半径rc，半径小于rc的全部孔皆发生毛细分散，液氮在其中

3、填充，大于rc的孔皆不会发生毛细分散，液氮不会在其中填充（也可以理解为对于已发生分散的孔，当压力低于肯定的P/P0时，半径大于rc的孔中分散液将气化并脱附出来）。临界曲率半径rc可由Kelvin方程给出： 其中，氮气为吸附质在77K时，是液氮的表面张力0.0088760N/m；Vml是液氮的摩尔体积，0.034752L/mol；R是气体摩尔常数，8.314J/(molK)；T=77.35K，带入Kelvin方程变为： 此公式只适用于液氮温度下（77K）氮气吸附的孔径分布计算。计算出的曲率半径rc是Kelvin半径，实际孔半径为Kelvin半径加吸附层的厚度t（液氮对固体是浸润的，因此毛细孔内会

4、形成凹液面），如下图： 理论和实践表明，当P/P00.4（对应孔半径1.7nm）时，毛细分散现象才会发生，通过测定出样品在不同P/P0下分散氮气量，可绘制出其等温吸脱附曲线，通过BJH法计算出其孔容积和孔径分布曲线。总体计算步骤可概括为： （1）不论采纳的是等温线的吸附分支还是脱附分支，数据点均按压力降低的挨次排列； （2）把压力降低时，氮气吸附体积的变化缘由是： a.毛细管中的分散物从孔道中脱离逃逸，这些孔道的孔径范围是依据压力差由Kelvin方程计算的； b.毛细管分散物脱除后，其孔壁上的多层吸附膜厚度削减变薄。 （3）为测定实际孔径和孔体积，必需考虑在毛细管分散物从空隙中脱除时，残留了多层吸附膜。 4、数据牢靠性 只有当试验数据具有如下特点时，用BJH计算孔径分布才是牢靠的： （1）孔隙是刚性的，且孔径分布窄，范围明确（即消失H1型迟滞回归线）； （2）没有微孔或很大的孔（是明确的型等温线）； 5、适用范围 BJH方法作为介孔孔径分布的计算模型，也是目前被普遍接受的介孔孔径分布计算模型。BJH法在吸附等温线上的取点计算的传统范围是0.05-1之间，但在这种方法使用了60年后，随着MCM-41