氮气吸附法(等温吸附)
n2 物理吸附-脱附表征
n2 物理吸附-脱附表征
物理吸附-脱附表征是指利用吸附-脱附技术来研究材料的表面
性质和孔隙结构。
这种技术主要用于研究吸附剂、催化剂和多孔材
料等。
在物理吸附-脱附表征中，常用的技术包括氮气吸附法（BET 法）、氩气吸附法、比表面积测定法、孔体积测定法等。
首先，物理吸附-脱附表征可以通过氮气吸附法来评估材料的比
表面积。
氮气吸附法是利用氮气在不同相对压力下吸附到材料表面
的原理来测定材料的比表面积。
通过绘制吸附等温线和脱附等温线，可以计算出材料的比表面积，进而了解材料的表面活性和孔隙结构。
其次，物理吸附-脱附表征也可以通过氩气吸附法来评估材料的
孔体积。
氩气吸附法利用氩气分子在不同相对压力下进入材料孔隙
的原理，来测定材料的孔体积分布。
通过分析吸附等温线和脱附等
温线的形状，可以得到材料的孔体积分布信息，从而了解材料的孔
隙结构特征。
另外，物理吸附-脱附表征还可以结合比表面积测定法和孔体积
测定法来全面评估材料的吸附性能。
比表面积和孔体积是影响材料
吸附性能的重要因素，通过综合分析两者的数据，可以更全面地了
解材料的吸附-脱附特性，为材料的应用提供重要参考。
总的来说，物理吸附-脱附表征是一种重要的材料表征技术，通过测定材料的比表面积和孔体积等参数，可以全面了解材料的表面性质和孔隙结构特征，为材料的研究和应用提供重要的参考依据。
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
Science and Technology & Innovation┃科技与创新
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
谢潇
（陕西省土地工程建设集团责任有限公司，陕西 西安 710075； 陕西省地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075； 自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；
将 N 和σ的具体数据代入式（1），由此，通过氮气吸附法获
得测试结果，材料的比表面积为：
Sg
4.36Vm W
（2）
在式（2）中，比表面积 Sg 的单位为 cm2。
从上面的描述可以看出，如果需要计算某材料的比表面
积，须知道氮气在其孔隙内表面的单层吸附量 Vm。实际在
大多数情况下，氮气在材料的孔隙中并非是单层吸附，也就
孔隙体积随孔径的变化率。比表面积和孔径分布一定程度上 代表着材料的微观结构特征，并且对材料的许多宏观特性有 很大的影响[1-3]。因而，准确测定材料的比表面积和孔径分 布对于材料的宏观物理力学特性等具有十分重要的意义。
多孔材料的比表面积和孔隙形貌的测定方法主要有压 汞法、气体吸附法、流体通过法、X 射线层析摄像（照相） 法和显微观测统计法等[3]。后两者是先获得微结构照片，然 后再利用图像分析处理软件等对获得的图片进行处理和统 计，得到土体的比表面积和孔径分布特征，缺点是对图像处 理技术的要求比较高，过程复杂。气体吸附法、压汞法、流 体通过法可从实验测试结果中直接对数据进行处理，得到孔 径分布及比表面积等。而压汞法所产生的废汞若处理不当会 对环境造成一定的破坏；流体通过法受多种因素的影响，一 般测得的结果偏低；而氮气吸附法的应用范围广，是一种研 究固体材料结构特性的重要且有效手段[4]。该方法借助氮分 子作为一个标尺，来度量材料的表面积与孔容[5]。可用于测 量大约 0.1～2 000 m2/g 范围内的比表面积以及 3～200 nm 范 围内的孔径[5]。其测试原理科学，测试过程可靠，在多孔材 料的比表面积及孔径分布测定中发挥了重要的作用。 2 氮气吸附法测量比表面积原理
n2吸附脱附等温线
n2吸附脱附等温线N2吸附脱附等温线是一种非常重要的表征物质吸附性能的方法，它可以揭示吸附剂和被吸附物质之间的相互作用和特性，为材料科学和化学领域的研究提供有力的支持。
下面我们来详细了解一下N2吸附脱附等温线的含义和应用。
一、N2吸附脱附等温线的基本概念N2吸附脱附等温线是指在一定温度下，将氮气吸附在样品表面并测量其吸附量和压力的变化，绘制出的吸附等温线图，也称为氮气吸附等温线。
其中，吸附等温线的坐标轴分别表示吸附剂(N2)的相对压力和吸附剂占据吸附剂和被吸附物质之间孔隙体积的百分比，即孔隙率。
通过N2吸附脱附等温线，我们可以获得吸附材料的许多物理性质，如孔径分布、比表面积、介孔体积、孔隙体积分布等等。
此外，它还可以用于评估吸附材料的性能，如吸附机理、吸附剂敏感性、吸附剂稳定性等等。
二、N2吸附脱附等温线的类型N2吸附脱附等温线通常可以分为五种类型，分别是：1.类型I等温线：由于大孔单一，吸附剂分子直接填充孔隙，通常见于膨胀型和树脂类物质。
2.类型II等温线：在低相对压力下出现很平缓的区域，表示大孔口发生准孔道狭窄，通常见于有孔型结构物质。
3.类型III等温线：表明孔径分布主要集中在介孔范围内，峰值很明显，通常见于沸石类、硅铝酸盐和金属有机骨架类材料等。
4.类型IV等温线：表示孔径分布主要在微孔范围内，吸附值随着相对压力增加快速上升，并达到饱和。
该类型等温线通常见于炭类和氧化钨等材料。
5.类型V等温线：由于孔径很小，需要强烈的吸附力才能使吸附剂进入其孔内。
该类型等温线通常见于碳分子筛和介孔硅材料等。
三、N2吸附脱附等温线的应用N2吸附脱附等温线在科学研究和工业应用中具有广泛的应用。
以下为具体应用：1. 材料表征：N2吸附脱附等温线可以揭示材料的孔径分布、比表面积、孔隙体积分布等，为材料表征提供了重要的信息。
2. 催化剂研究：N2吸附脱附等温线可以对催化剂进行活性研究，评估催化剂的比表面积和孔隙结构等性质，进而优化催化剂性能。
氮气吸附法(等温吸附)
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 化学吸附：是气体分子与材料表 面的化学键合过程。 – 只发生单层吸附 – 选择性吸附(特定气体主要H2, CO, O2对体系中各组分的特定吸 附) – 无可逆性
6
T图法
T图法计算微孔分子筛的总表面积和微孔体积
采用标准化的v—t图法 (1)根据氮吸附数据计算i=1,2,…,n各点的t值;
113 .99 ti 0 . 034 lg p p i 0
12
T图法
(2)根据得到的t图求出斜率St(外表面积)和截距It(孔体积), 并计算t面积,
2.吸附理论
吸附平衡等温线
吸附平衡等温线分为吸 附和脱附两部分。吸附 平衡等温线的形状与材 料的孔组织结构有关。 根据IUPAC分类，具有6 种不同类型。
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。
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
圆筒状孔道毛细凝聚（a）吸附（b）脱附示意 图
H2型迟滞回线
吸附分支由于发生毛细凝 聚现象儿逐渐上升；吸附 时凝聚在空口的液体为孔 体的吸附和凝聚提供蒸汽 。 脱附分支在较低的相对压 力下突然下降；脱附时， 空口的液体阻挡孔体蒸发 处的气体，必须等到压力 小到一定程度。 等小孔径瓶颈中的液氮脱 附后，束缚于瓶中的液氮 气体会骤然逸出。
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
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氮气吸附法是一种常用的测定材料比表面积和孔径分布的方法，它是通过将氮气吸附到材料表面并测量吸附量来确定材料的比表面积和孔径分布。
该方法在材料科学、化学工程和环境科学等领域有着广泛的应用，对于材料的表面结构和性能研究具有重要意义。
本文将从氮气吸附法的原理、仪器设备和实验操作等方面进行详细介绍，以帮助读者了解该方法在测定材料比表面积和孔径分布方面的应用原理。
一、氮气吸附原理氮气吸附法是利用氮气分子在低温下吸附于材料表面的原理来测定材料的比表面积和孔径分布。
在氮气吸附实验中，首先将试样置于低温下，然后通过调节不同压力的氮气，使氮气分子在试样表面吸附。
根据氮气的吸附量，可计算出材料的比表面积和孔径分布等参数。
氮气分子是一种较小的分子，在常温下呈气态，它的分子大小适中，可以被吸附于材料的微观孔隙内，与大部分材料都可以发生吸附作用。
而在低温下，氮气分子的活性和扩散性会增加，使其更容易与材料表面发生相互作用。
利用氮气在低温下吸附于材料表面的原理，可以有效地测定材料的比表面积和孔径分布。
二、氮气吸附实验仪器设备进行氮气吸附实验需要使用氮气吸附仪，常用的氮气吸附仪有BET表面积分析仪、采用等温吸附法（BET法）和非等温吸附法（BJH法）的自动比表面积分析仪等。
这些仪器设备通常由样品腔、吸附系统、真空系统、低温系统等部分组成，可以实现对材料的比表面积和孔径分布进行精确测定。
在氮气吸附实验中，样品腔用于放置试样，吸附系统用于注入氮气，并测量吸附量，真空系统用于去除腔体内的气体，低温系统用于降低试样温度。
这些部分相互配合，可以实现对试样的氮气吸附实验。
进行氮气吸附实验时，首先需要对试样进行预处理，在真空条件下去除试样中的水分和有机物等杂质，保证试样的表面干净。
然后将试样放置于样品腔内，通过真空系统将腔体内的气体去除，并将试样冷却到低温。
在试样冷却稳定后，可以开始氮气吸附实验。
化学作用力的测定
化学作用力的测定化学作用力是物质之间相互作用的结果，我们可以通过实验来测定不同物质之间的化学作用力，从而更好地了解物质的性质和特点。
本文将介绍几种常用的方法来测定化学作用力，包括凝聚能测定、电化学方法和分子模拟等。
凝聚能测定凝聚能是描述物质分子之间相互作用的能量，通过测定凝聚能可以间接评估物质分子间的化学作用力。
实验中，常用的凝聚能测定方法包括比表面积法、氮气吸附法和等温吸附法。
比表面积法是通过测定吸附在固体表面上的气体分子来计算固体的比表面积，进而得出凝聚能。
氮气吸附法则是利用固体表面对氮气的吸附量来推导出固体的微细孔结构和化学作用力强度。
等温吸附法则通过实验测定在不同温度下气体吸附在固体表面上的量，进一步分析固体的化学吸附活性。
电化学方法电化学方法是通过在物质之间施加电场或测定物质的电导率来测定化学作用力的强弱。
最常用的电化学方法包括电导率测定、循环伏安法和电化学阻抗谱法。
电导率测定法是通过在物质中施加电压，测定通过物质的电流来评估物质中的离子活性和传导性。
循环伏安法则是利用施加交变电位来观察物质在不同电压下的电化学反应过程，分析物质的化学作用力。
电化学阻抗谱法则是通过在物质中施加不同频率的电压信号，测定电流响应并推导出物质的电化学性质。
分子模拟分子模拟是一种计算化学方法，通过在计算机上模拟分子之间的相互作用来预测化学作用力的强度。
常用的分子模拟方法包括分子动力学模拟、量子化学计算和Monte Carlo模拟。
分子动力学模拟是通过数值模拟分子在力场作用下的运动轨迹来评估分子之间的相互作用，进而推导出化学作用力的强度。
量子化学计算是利用量子力学原理来预测分子间的相互作用能量，从而得出化学作用力。
Monte Carlo模拟则是通过随机抽样的方法来模拟分子之间的相互作用，计算化学作用力的强度。
综上所述，通过凝聚能测定、电化学方法和分子模拟等多种实验和计算方法，我们能够准确测定化学作用力的强度，帮助我们更好地理解物质结构和性质。
氮气等温线及算比表面和孔径分布
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(???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。
氮气等温气吸附曲线类型
氮气等温气吸附曲线类型
氮气等温吸附曲线通常可以分为几种类型，主要包括Langmuir 型吸附曲线、BET型吸附曲线和Freundlich型吸附曲线。
首先是Langmuir型吸附曲线，这是描述单层吸附的经典模型。
在Langmuir型吸附曲线中，吸附量随着压力的增加而迅速上升，但随后逐渐趋于饱和，最终形成一个饱和吸附平台。
Langmuir型吸附曲线适用于在低温下发生的吸附过程，且吸附分子之间相互作用较弱的情况。
其次是BET型吸附曲线，BET（Brunauer-Emmett-Teller）模型是用来描述多层吸附的模型。
在BET型吸附曲线中，随着压力的增加，吸附量也会迅速上升，但与Langmuir型不同的是，BET型吸附曲线在饱和后仍然会呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为在多层吸附过程中，吸附分子之间会发生相互作用，导致吸附量的增加。
最后是Freundlich型吸附曲线，这是一种描述非均匀或多层吸附的模型。
Freundlich型吸附曲线在低压下呈线性增长，随后逐渐趋于饱和。
与Langmuir型和BET型不同的是，Freundlich型吸附曲线在整个吸附过程中都表现出非线性特征，适用于描述非均匀表
面或者多层吸附的情况。
总的来说，氮气等温吸附曲线的类型取决于吸附系统的性质、温度、压力等因素。
通过对吸附曲线的类型进行分析，可以更好地理解吸附过程的特性和机制。
希望以上回答能够满足你的要求。