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实验11多孔材料的制备及气体吸附性能测试

实验目的

1.了解掌握多孔聚合物材料的实验制备方法。

2.理解气体分子单层或多层物理吸附理论及BET公式，掌握BET法测定

多孔材料比表面积的原理和方法。

3.理解掌握多孔材料的气体吸附性能的评价方法。

实验原理

根据孔半径的大小，固体表面的细孔可以分成三类：微孔，孔径小于

2nm，活性炭、沸石、分子筛会有此类孔；中孔，孔径2~50nm，多数超细粉体

属这一范围；大孔，孔径大于50nm，FeO、硅藻土等含此类孔。多孔材料的

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制备和比表面积，孔隙分布测试已逐步引起人们的普遍重视。各种多孔材料已

经广泛应用于药品、陶瓷、活性炭、碳黑、油漆和涂料、医学植入体、推进燃

料、航天隔绝材料、燃料电池、储氢，储甲烷材料以及CO、SO等温室气体

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或有害气体的捕捉和分离的研究。

气体与清洁固体表面接触时，在固体表面上气体浓度高于气相，这种现象

称为吸附。吸附气体的固体称为吸附剂；被吸附的气体称为吸附质。测定吸附

量的一般原则是在一定的温度下将一定量的吸附剂至于吸附质气体中，达到吸

附平衡后根据吸附前后气体体积和压力的变化或直接称量的结果计算吸附量。

根据吸附剂表面与吸附质分子间作用力的性质不同，吸附可以分为物理吸

附和化学吸附。物理吸附是指被吸附分子与固体表面分子间的作用力为分子间

吸引力，即范德华力，是一种可逆吸附过程。物理吸附的特征是固体表面和吸

附质分子不发生任何化学反应，吸附过程进行的较快。工业上常利用物理吸附

的可逆性，通过改变操作条件，使吸附的物质脱附，使吸附剂再生，从而达到

分离的目的。此外，物理吸附也用于测定固体材料的比表面积、孔容和孔径分

布。

图1.多孔材料的气体吸附示意图

一种优良吸附剂通常具有大的比表面积。因为对于特定的吸附剂与吸附质来

说，吸附量随比表面积（单位质量的物质具有的所有表面积）的增大而增大。所

以吸附剂多是多孔或者分散的很细的物质。基本设想是测出在吸附剂表面上某种

吸附质分子铺满一层所需的分子数（如图1），再乘以该吸附质每个分子所占的

面积，即为该材料的比表面积。因此，比表面积的测定实质上是求出某种吸附质

的单分子层饱和吸附量。最常用方法是建立在BET多分子层吸附理论基础上的

一种测定多孔物质比表面的方法，即BET二常数公式为

（V是在气体平衡压力为P时的吸附量；V是单分子层饱和吸附量；P是在

m0

吸附温度时吸附气体的饱和蒸汽压；C是与吸附热有关的常数）

BET表面积计算实际分为两个步骤：首先需要将吸附等温线转化为“BET

图”并从中推导出单层吸附量V;然后在计算比表面积S。由吸附等温线可以得

m

到一系列不同压力P下的吸附值V，将P/V（P-P）对P/P作图，为一直线，

00

截距为1/VC

m

V=1/(截距+斜率)

m

S=VAσ

BETm··m

2

以77KN为准，此时σ=16.2Å，对于介孔或更大孔材料，BET二常数公

2m