胶体与表面化学-第五章 常用吸附剂的结构、性能和改性
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胶体与表面化学-第五章 常用吸附剂的结构、性能和改性
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
分子筛是以SiO2和Al203为主要成分的结晶铝硅酸盐其晶 体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多直径相同 的孔(又称“窗口”)相连。因它能将比孔径小的分子吸 附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在外面，起到 筛分分子的作用，所以称为分子筛。
孔 % 径 分 布
吸附总量即为半径小于 某一数值的孔内所凝聚的 液体总量， 利用KeLvin公式可以找 出在某一蒸气压力下哪些 孔发生凝聚，这样便可找 出凝聚液体的体积和孔半 径的关系．
r
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
曲线的最大值表示半径为r0的 孔在此吸附剂中所占的比例 最大，故常称为“最可几孔 半径”。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的表面结构和性能
硅
胶
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 氧 化 铝
活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧 化铝。 它广泛用作炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂或裁体、除氟剂。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 炭
活性炭是一种多孔性含碳物 质，具有很强的吸附能力。 它主要由各种有机物质(如 木、煤、果核、果壳等)经 炭化和活化制成的。。
改 性 方 法 与 机 理
RSiX
第三 节 固体的表面改性及应用
2、表面覆盖
改 性 方 法 与 机 理
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
等离子，即物质的第四态，由部分电子被剥夺后的原子以 及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气态物质。 它的能量范围比气态、液体、固态物质都高。存在具有一 定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞 击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生 一系列物理和化学过程。
胶体与表面化学第四版重点
胶体与表面化学〔第四版〕1.绪论分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。
分散相：分散系统中被分散的不连续相。
分散介质：分散系统中的连续相。
比表面：单位质量分散相物质所具有的面积。
缔合胶体：多个分子的缔合体构成胶体分散相。
胶体体系：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1-100nmX 围内的分散系统。
溶胶：把分散介质是液体的胶体系统称为液溶胶，介质是水为水溶胶；介质是固体为固溶胶。
2.胶体与纳米粒子的制备胶体制备：分散法〔机械、电分散、超声波、胶溶〕、凝聚法〔还原、氧化、水解、复分解〕晶核-晶体成长条件：1〕分散相在介质中的溶解度必须极小；2〕必须有稳定剂的存在净化：1〕渗析：利用羊皮纸或火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开。
2〕超过滤：利用半透膜代替普通滤纸在压差下过滤溶胶的方法。
3〕渗透：借半透膜将溶液和溶剂隔开，此膜只允许溶剂分子通过，胶粒和溶质不能通过。
反渗透：渗透平衡时在浓相一侧施加外压，则浓相中的溶剂分子向稀相迁移。
单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
胶体晶体：由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构。
光子晶体：在各个方向能阻止一定频率X 围的光传播。
纳米粒子特性：比表面积大；易形成聚团；熔点低；磁性强；光吸收强；热导性能好制备：气相、液相、固相纳米气泡：在液体中或固液界面上存在的纳米尺度的气泡。
3.胶体系统的基本性质(N A =6.5*1023mol -1，R=8.314，T=273K)运动扩散：扩散系数：爱因斯坦第一扩散公式：r 61πη⋅=A N RT D 爱因斯坦布朗运动：r3t t 2πη⋅==A N RT D X 沉降：大气压随高度分布：RTM gh -p p ln 0h =光学散射现象：当质点大小在胶体X 围内时。
反射：质点直径远大于入射光波长。
丁道尔现象：以一束强烈的光线射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带。
第五章 吸附和吸收处理空气的原理和方法
5.1 吸附材料处理空气的原理和方法
吸附的基本知识和概念
• 吸附现象：相异二相界面上的分子积聚现象。 • 吸附：把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配 列程度较高的固相中。 • 吸附剂：使气体浓缩的物体。 • 吸附质：被浓缩的物质。 例如，当某固体物质吸附水蒸气时，此固体物质就 是吸附剂，水蒸气就是吸附质。 吸附过程：干燥剂化学成分不变； 吸收过程：干燥剂化学成分改变。
Southwest Petroleum University
动态吸附除湿
在除湿的同时通过冷却水或空气将 吸附热带走，保持近似等温除湿 近似等焓过程，即被除湿的处理气流 含湿且降低的同时，温度会升高，气 流的焓值基本不变 。
除湿方 式分类
冷却 除湿 绝热 除湿
选择吸附剂的标准： 要求空气压力损失小，具有适当的强度不致粉末 化、具有足够大的吸附容量，还希望吸附剂粒水分的 移动速度快，以便能尽快地达到平衡状态。
Southwest Petr理吸附和化学吸附。 • 物理吸附：由范德华引力、氢键起作用的物理过程。 物理吸附属于一种表面现象，可以是单层吸附，也可以是 多层吸附。
Southwest Petroleum University
吸附的种类
物理吸附主要特征
线性
图 5-1
Southwest Petroleum University
等压吸附线
曲线l：高温部分，化学吸附曲线，温度升高，吸附量减小。 曲线2：物理吸附，温度升高，平衡向脱附方向移动，吸附量减小。 如果始终能达到平衡，则不论曲线l还是曲线2都沿图中虚线进行。 曲线3：物理吸附和化学吸附的过渡区，为非平衡吸附区。
动态吸附除湿
吸附剂的再生方式 • 加热再生：供给吸附剂脱附所需的热量； • 减压再生：用减压手段降低吸附分子的分压， 改变吸附平衡，实现脱附。 • 使用清洗气体再生： 借通入一种很难被吸附的气体,降 低吸附质的分压而实现脱附。 • 置换脱附再生： 用具有比吸附质更强的选择吸附 性物质来置换而实现脱附。
胶体与表面化学 课程大纲及重点
胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。
重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。
难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。
教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。
第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。
2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。
2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。
2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。
难点：胶体制备机理。
教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。
第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。
3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。
3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势(ζ电势)3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。
3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。
3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、ζ电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。
难点：双电层结构模型。
教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。
第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。
4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。
4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。
第五章胶体.ppt
④ 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b)
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30
第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol） 由极小的固体或液体粒子
悬浮在气体介质中所形成 的分散系统称为气溶胶。
图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
十二烷基 磺酸钠
氢氧化铁 溶胶
＞ 100nm
粗粒 分散系
乳状液 非均相，热力学不稳定系统
悬浮液
不透滤纸和不透半透膜
牛奶 泥浆
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5
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。 胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是一些
小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单个的大 分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地 从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩 散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通 过细胞膜的推动力之一。在重力场中，胶粒受重 力作用要下沉，这一现象称为沉降。
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13
第二节 溶胶
2. 动力学性质 ② 扩散和沉降 当沉降速度等于扩散速度，系
物质的分散度越高，其表面积越大，表面 性质越明显。
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第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol） 由极小的固体或液体粒子
悬浮在气体介质中所形成 的分散系统称为气溶胶。
图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
十二烷基 磺酸钠
氢氧化铁 溶胶
＞ 100nm
粗粒 分散系
乳状液 非均相，热力学不稳定系统
悬浮液
不透滤纸和不透半透膜
牛奶 泥浆
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第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。 胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是一些
小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单个的大 分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地 从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩 散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通 过细胞膜的推动力之一。在重力场中，胶粒受重 力作用要下沉，这一现象称为沉降。
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第二节 溶胶
2. 动力学性质 ② 扩散和沉降 当沉降速度等于扩散速度，系
物质的分散度越高，其表面积越大，表面 性质越明显。
胶体与表面化学5-12
亲 亲 油 亲 油 基 亲水基 亲 油 基 亲水基 亲 油 基 亲水基
亲水基 亲 油 基 亲水基
油
基 亲水基
基
亲水基 亲 油 基
二、表面活性剂的结构特点
4、构成表面活性剂的亲油基团和亲水基团
LOGO
第二节 表面活性剂的分类
东北石油大学石油工程学院
表面活性剂的分类
• 一、表面活性剂的分类
• 二、 各类表面活性剂的结构特点及应用
CH2CH2O * 、 醚键（—O—）、羟基（-OH）
酰胺基（-CONH2）
2.特性
①稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；②与其它表面活性剂的 配伍性好；③在一般固体上不易发生强烈吸附；④溶解度大小与温度有关， 存在浊点效应，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；⑤具有高表 面活性，其水溶液的表面张力、cmc较低，增溶作用强；⑥泡沫性能较差； ⑦毒性小，对皮肤刺激性小。
（雷米帮A）
1.3 应用
羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性
后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。
2.硫酸酯盐类（R-OSO3M）
C12H25OSO3Na 硫酸酯盐
红油和蒙诺波尔 梯波尔 ①水解性
脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解
• 一、表面活性剂定义 • 二、 表面活性剂的结构特点
一、表面活性剂的定义
如图油酸钠在浓度很低 时，可将水的表面张力自 72mN· m-1降到约25mN· m-1。 而一般的无机盐(如NaCl)水 溶液，在浓度较稀时，对水
的表面张力几乎不起作用，
甚至使表面张力稍为升高，
N a cl, KNO3 , HCL, N a OH
亲水基 亲 油 基 亲水基
油
基 亲水基
基
亲水基 亲 油 基
二、表面活性剂的结构特点
4、构成表面活性剂的亲油基团和亲水基团
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第二节 表面活性剂的分类
东北石油大学石油工程学院
表面活性剂的分类
• 一、表面活性剂的分类
• 二、 各类表面活性剂的结构特点及应用
CH2CH2O * 、 醚键（—O—）、羟基（-OH）
酰胺基（-CONH2）
2.特性
①稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；②与其它表面活性剂的 配伍性好；③在一般固体上不易发生强烈吸附；④溶解度大小与温度有关， 存在浊点效应，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；⑤具有高表 面活性，其水溶液的表面张力、cmc较低，增溶作用强；⑥泡沫性能较差； ⑦毒性小，对皮肤刺激性小。
（雷米帮A）
1.3 应用
羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性
后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。
2.硫酸酯盐类（R-OSO3M）
C12H25OSO3Na 硫酸酯盐
红油和蒙诺波尔 梯波尔 ①水解性
脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解
• 一、表面活性剂定义 • 二、 表面活性剂的结构特点
一、表面活性剂的定义
如图油酸钠在浓度很低 时，可将水的表面张力自 72mN· m-1降到约25mN· m-1。 而一般的无机盐(如NaCl)水 溶液，在浓度较稀时，对水
的表面张力几乎不起作用，
甚至使表面张力稍为升高，
N a cl, KNO3 , HCL, N a OH
005 吸附和吸收处理空气的原理与方法讲解
q
q
q
典型等温 吸附线
p （I）
p （II）
q
q
p （III）
q
p （IV）
I-合成沸石等吸附系 IV-活性炭吸附水蒸气
p
p
（V）
（VI）
II-Lamgmuri型 III-活性铝等吸附系
V-BET型
VI-线性吸附
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
1 吸附的基本知识和概念
3）吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线 等压吸附线
堆积密度：
真密度：
颗粒密度：
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
1 吸附的基本知识和概念
5）吸附剂的特性参数
孔径分布（测定－吸附 等温线、压汞仪等）
颗粒当量直径、单位体积表面积
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
2 等温吸附线
1）朗谬尔（Langmuir）公式
q
p
θ 表面覆盖度
q 吸附剂表面的平衡吸附量
影响平衡时间的因素：吸附剂粒径、孔径大 小及分布、空气流速等。
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
5 空气静态吸附除湿和动态吸附除湿
2）静态吸附除湿
吸附剂的吸附平衡时 间（无搅拌）
硅胶
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
5 空气静态吸附除湿和动态吸附除湿
2）静态吸附除湿
吸附剂吸附平衡时间的测试
活性炭也具备一定的吸水能 力，所以不能认为它是憎水的， 但是有机化合物和非极性或弱极 性化合物要比水更优先强烈吸附 在它表面上，所以一般不用它来 除湿。
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
3 常用吸附剂的类型和性能
常用吸湿 剂的吸附 等温线
常用吸附剂 活性炭ppt课件
• 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、超级电容、锂离子二次电池 和隐形材料等领域都得到广泛的研究。
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
.
4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
.
1 简介
活性炭又称活性炭黑。是黑 色粉末状或颗粒状的无定形 碳。活性炭主成分除了碳以 外还有氧、氢等元素。活性 炭在结构上，由于微晶碳是 不规则排列，在交叉连接之 间有细孔，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
.
4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
.
2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
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4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
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1 简介
活性炭又称活性炭黑。是黑 色粉末状或颗粒状的无定形 碳。活性炭主成分除了碳以 外还有氧、氢等元素。活性 炭在结构上，由于微晶碳是 不规则排列，在交叉连接之 间有细孔，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
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4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
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2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
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第一节 多孔物质的物理性质
粒
度
激光散射粒度仪
第一节 多孔物质的物理性质
粒
度
第二节 常用吸附剂的结构与性能
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的分类
细孔硅胶：平均半径在1-2nm以下
硅
中孔硅胶（B型硅胶）：孔半径在2—4nm范围内 粗孔硅胶：4-5nm以上 特细孔硅胶：低于0.2-0.26nm
胶
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 炭
第二节 常用吸附剂的结构与性能
吸 附 树 脂
吸附树脂是一种不含离子交换基团的高交链度体型高分 子珠粒，其内部拥有分子水平的孔道，提供扩散通道和吸 附场所 它的特点是容易再生，可反复使用。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
吸 附 树 脂
第二节 常用吸附剂的结构与性能
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔 体 积
V
W样 ( CCl ） W空 ( CCl 4） W样
4
V：样品内部的微孔总体积，（ml / g ) W样 ( CCl ）: 样品吸附CCl4的质量（g）
4
W空 ( CCl 4） ：空瓶吸附CCl4的质量（g） W样：样品质量（g）
：吸附温度时CCl4的密度（g / ml）
蒙脱土
土
四种晶型
凹凸棒土
伊利土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
黏
土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
硅藻死后，它们坚固多孔的外壳—细胞壁也不会 分解，而会沉于水底，经过亿万年的积累和地质变 迁成为硅藻土。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土 硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻 ，工业上常用来作为保温材料，过滤材料、填料 、研磨材料、水玻璃原料及催化剂载体等。
2、黏度
改 性 效 果 的 评 价
若液体对改性样品有较好的润湿性则 黏度降低，反之则黏度升高
第三 节 固体的表面改性及应用
3、沉降性能
改 性 效 果 的 评 价
第一节 多孔物质的物理性质
孔 体 积
CCl4吸附法 密度法
第一节 多孔物质的物理性质
密度法
孔 体 积
1 1 V孔 V颗 V骨 d颗 d真
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔 体 积
直接测量单位质量孔性固体的孔全部被四氯化碳充 满时所需四氯化碳的质量，根据实验温度下四氯化碳 的密度可计算出其体积，即为固体比孔容 为避免在相对压力近于1时孔性固体颗粒间发生四 氯化碳的凝结，常用低蒸气压液体(如十六烷)与四氯 化碳混合使用，用量以使四氯化碳相对压力约为0.95 为宜。
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
度
不同的放大倍数，1 格代表不同的长度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法 可测定粒子所占格数
粒
一般统计200-300个粒子（N） 统计每种大小粒子的例子个数 的多少（ni）
度
ni Ni N
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
孔 % 径 分 布
吸附总量即为半径小于 某一数值的孔内所凝聚的 液体总量， 利用KeLvin公式可以找 出在某一蒸气压力下哪些 孔发生凝聚，这样便可找 出凝聚液体的体积和孔半 径的关系．
r
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
曲线的最大值表示半径为r0的 孔在此吸附剂中所占的比例 最大，故常称为“最可几孔 半径”。
第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔 径 分 布
第一节 多孔物质的物理 多孔物质的物理性质
筛分分析法
将一套适当目数的筛子上下相 叠，网孔由上至下逐层变小，将 称重后的样品倒入最上层的筛子 后在电动震动机上进行筛分。 为防止样品粘在筛子上，测定 前必须保证各类型样品的湿度符 合要求。 震动一定时间后称量每个筛子 里样品的重量，算出粒度百分数
第五章 常用吸附剂
2017/8/22
多孔物质的物理结构的测 定方法 常见吸附剂的结构与性能 固体表面的改性和应用
第一节 多孔物质的物理性质
1
密度
比表面积
2
3 4 5 6
孔体积
平均孔半径 孔径分布
粒度
第一节 多孔物质的物理性质
堆密度 d堆
密
颗粒密度 d颗
度
骨架密度 d真
V堆= V隙+V孔+ V骨
显微镜法 用显微镜放大颗粒，然 后通过数字摄像机和计算 机数字图像处理技术分析 颗粒大小和形貌 能给出不同等效原理的 粒度分布 能直接观察颗粒分散状 况、粉体样品的大致粒度 范围、是否存在低含量的 大颗粒或小颗粒情况等等 并增加了详细的圆度分 析功能
粒
度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
Vm N A S0 1020 S 22400 Vm：盖满单分子层的饱和吸附量（ml，标准状态） N A：阿佛加得罗常数， S0：每个吸附质分子的截面积（nm 2） M ：吸附质的分子量
第一节 多孔物质的物理性质
溶液吸附法
比 表 面 积
在溶液吸附中，若侧得溶质盖满单分子层时的 x 饱和吸附量( ) m 并知溶质分子的截面积S 0，便可 m 按下式计算比表面积S： x S ( ) m N A S0 m
吸附量/压力
吸附量/孔径
孔径分布
p0 2 M 2 M cos ln RT r Kelvin公式 pr RT r1
第一节 多孔物质的物理性质
吸附滞后：指在脱附过程中，脱附曲线和 吸附曲线有一部分不重合。
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
对于一端封闭的圆柱形或平行板状的孔，不 产生吸附滞后现象。
r越小，pr越小 r越大，pr越大
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
在吸附过程中，在较低的压力下，蒸汽在 半径较小的孔中先凝聚； 在较高的压力下，在半径较大的孔中接着 发生凝聚， 直到达到饱和蒸汽压时才在孔的平坦部分 凝聚。
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
第一节 多孔物质的物理性质
平 均 孔 半 径
多孔物中孔的形状极为复杂，形状极不规则 孔的立体结构更复杂， 为了研究方便一般假定为圆柱状。
第一节 多孔物质的物理性质
圆柱体的体积V r 2l , 空心圆柱（即孔隙）的内表面积S 2r l
平 均 孔 半 径
2V 圆柱体的平均孔半径r , V (ml / g ), S (m 2 / g ) S 2V r 103 (nm) S 3V 若孔为圆锥形r 103 (nm) S 2.5V 有时也可取两者的平均值r 103 (nm) S
吸 附 树 脂
第二节 常用吸附剂的结构与性能
黏
土
是岩石经过风化作用形成的。粘土成份相当复杂 ，组成粘土矿的主要元素是硅、氧和铝，粘土中 还常含有石灰石、石膏、氧化铁和其它盐类。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活性白土
黏
吸附土
土
吸附角度
非吸附土
酸性白土 高岭土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
高岭土
黏
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
聚四氟乙烯(PTFE)塑料板浸润 性很差，滴上的水珠成球形， 浸润角达133度，做复合材料 很难粘结。 经等离子体表面清洗和活化以后 ，聚四氟乙烯塑料板浸润性大大 改善,滴上去的水滴马上就散开了
第三节 固体的表面改性及应用
1、接触角
改 性 方 法 与 机 理
RSiX
第三 节 固体的表面改性及应用
2、表面覆盖
改 性 方 法 与 机 理
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
等离子，即物质的第四态，由部分电子被剥夺后的原子以 及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气态物质。 它的能量范围比气态、液体、固态物质都高。存在具有一 定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞 击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生 一系列物理和化学过程。
改 性 效 果 的 评 价
( g s l s ) g l cos g s l s g l cos
cos cos
Wenzel 方程 当θ<90时，θ`<θ 当θ>90时, θ`>θ
θ θ
θ`
第三 节 固体的表面改性及应用
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
分子筛是以SiO2和Al203为主要成分的结晶铝硅酸盐其晶 体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多直径相同 的孔(又称“窗口”)相连。因它能将比孔径小的分子吸 附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在外面，起到 筛分分子的作用，所以称为分子筛。
第一节 多孔物质的物理性质
孔 径 分 布
气体或蒸气吸附法 压汞法
多孔物孔径的分布是不均匀的 而要了解多孔物的孔结构的全貌，就必须 测定样品的孔径分布
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
p0 2 M 2 M cos ln pr RT r1 RT r
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的表面结构和性能
硅
胶
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 氧 化 铝
活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧 化铝。 它广泛用作炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂或裁体、除氟剂。