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吸脱附曲线分类(2)

发布时间:2022-03-06      点击次数:321


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物理吸附呈现的数据结果,是我们在软件看到的吸脱附等温线。在文献或资料中,我们经常会看到不同的曲线类型。本文主要对不同的曲线类型进行梳理,并在文末介绍如何针对自己做的数据曲线进行分类描述。本文承接前文(吸脱附曲线分类 (1))前三类曲线介绍后几类曲线。

曲线类型


1985年,IUPAC建议物理吸附等温线分为六种类型。经过30年的发展,各种新的特征类型等温线已经出现,并证明了与其密切相关的特定孔结构。2015年,IUPAC更新了原有的分类,主要对I类、IV类吸附等温线增加了亚分类。两版曲线物理吸附等温线分类如下:


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1985版曲线类型

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IV 类等温线


IV型等温线是来自介孔类吸附剂材料(例如,许多氧化物胶体,工业吸附剂和介孔分子筛)。介孔的吸附特性是由吸附剂-吸附质的相互作用,以及在凝聚状态下分子之间的相互作用决定的。在介孔中,介孔壁上最初发生的单层-多层吸附与II型等温线的相应部分路径相同,但是随后在孔道中发生了凝聚。孔凝聚指一种气体在压力P小于其液体的饱和压力P0时,在一个孔道中冷凝成类似液相。一个典型的IV型等温线特征是形成最终吸附饱和的平台,但其平台长度是可长可短(有时短到只有拐点)。

IV(a)型等温线的特点是在毛细管凝聚后伴随回滞环。当孔宽超过一定的临界宽度,开始发生回滞。孔宽取决于吸附系统和温度,例如,在筒形孔中的氮气/77K和氩气/87K吸附,临界孔宽大于4nm。

  具有较小宽度的介孔吸附材料符合IV(b)型等温线,脱附曲线完全可逆。原则上,在锥形端封闭的圆锥孔和圆柱孔(盲孔)也具有IV(b)型等温线。


V 类等温线

在P/P0较低时,V型等温线形状与III型非常相似,这是由于吸附材料-吸附气体之间的相互作用相对较弱。在更高的相对压力下,存在一个拐点,这表明成簇的分子填充了孔道。例如,具有疏水表面的微/介孔材料的水吸附行为呈V型等温线。

VI 类等温线

VI型等温线以其台阶状的可逆吸附过程而著称。这些台阶来自在高度均匀的无孔表面的依次多层吸附,即材料的一层吸附结束后再吸附下一层。台阶高度表示各吸附层的容量,而台阶的锐度取决于系统和温度。在液氮温度下的氮气吸附,无法获得这种等温线的完整形式。VI型等温线中好的例子是石墨化炭黑在低温下的氩吸附或氪吸附。

补充:

  1. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) 国际纯粹与应用化学联合会,又译国际理论(化学)与应用化学联合会,是一个致力于促进化学相关的非政府组织,也是各国化学会的一个联合组织。以公认的化学命名著称。IUPAC 也是国际科学理事会的会员之一。

  2. 孔宽:孔直径(对筒形孔)或两个相对孔壁间的距离(对裂隙孔)。

  3. 在真正测试结果中,大部分情况下我们遇到的实际测试样品曲线和上述六类曲线很难完全匹配,这时不必担心,我们只需针对自己的实际曲线和上面的曲线进行对比参照,实际曲线有时不止是其中一类曲线,有时是两个或者几个曲线类型的结合,我们分析时如实描述即可。









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