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回滞环&毛细凝聚现象(2)

发布时间:2022-03-07      点击次数:774

1985年IUPAC在最初提出物理吸附表征材料时,对于回滞环分为H1-H4四类(图2)。

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图2 1985版回滞环分类

在2015年,结合多年的发展以及为了更加精准的描述,IUPAC又将常见的回滞环分成了 H1- H5 四种类型(图3)[2]。我们主要对最新的分类进行介绍。

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图3 2015版回滞环分类

H1:孔径分布较窄的圆柱形均匀介孔材料具有H1 型回滞环,例如,在模板化二氧化硅(MCM-41,MCM-48,SBA-15)、可控孔的玻璃和具有有序介孔的碳材料中都能看到H1 型回滞环。通常在这种情况下,由于孔网效应最小,其明显标志就是回滞环的陡峭狭窄,这是吸附分支延迟凝聚的结果。但是,H1 型回滞环也会出现在墨水瓶孔的网孔结构中,其中“孔颈"的尺寸分布宽度类似于孔道/空腔的尺寸分布的宽度(例如,3DOM 碳材料)。


H2:H2 型回滞环是由更复杂的孔隙结构产生的,网孔效应在这里起了重要作用。

其中:H2(a)是孔“颈"相对较窄的墨水瓶形介孔材料。

H2(a)型回滞环的特征是具有非常陡峭的脱附分支,这是由于孔颈在一个狭窄的范围内发生气穴控制的蒸发,也许还存在着孔道阻塞或渗流。许多硅胶,一些多孔玻璃(例如,耐热耐蚀玻璃)以及一些有序介孔材料(如SBA-16 和KIT-5 二氧化硅)都具有H2(a)型回滞环。

H2(b)是孔“颈"相对较宽的墨水瓶形介孔材料。

H2(b)型回滞环也与孔道堵塞相关,但孔颈宽度的尺寸分布比H2(a)型大得多。在介孔硅石泡沫材料和某些水热处理后的有序介孔二氧化硅中,可以看到这种类型的回滞环实例。


H3:H3 见于层状结构的聚集体,产生狭缝的介孔或大孔材料。

H3型的回滞环有两个不同的特征:(i)吸附分支类似于II型等温吸附线;(ii)脱附分支的下限通常位于气穴引起的P/P0压力点。这种类型的回滞环是片状颗粒的非刚性聚集体的典型特征(如某些粘土)。另外,这些孔网都是由大孔组成,并且它们没有被孔凝聚物完全填充。


H4:H4 型回滞环与H3 型的回滞环有些类似,但吸附分支是由I 型和II 型等温线复合组成,在P/P0的低端有非常明显的吸附量,与微孔填充有关。H4 型的回滞环通常发现于沸石分子筛的聚集晶体、一些介孔沸石分子筛和微-介孔碳材料,是活性炭类型含有狭窄裂隙孔的固体的典型曲线。


H5:很少见,发现于部分孔道被堵塞的介孔材料。虽然H5 型回滞环很少见,但它有与一定孔隙结构相关的明确形式,即同时具有开放和阻塞的两种介孔结构(例如,插入六边形模板的二氧化硅)。

参考文献:

2.de Boer J H. In: Everett D H, Stone F S. ed. The Structure and Properties of Porous Materials. London: Butterworths,

1958.68


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