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微孔介孔活性炭孔径分布测试分析

仪器信息网    2013/12/18 8:44:00    阅读次数:2122

  概述:

  活性炭对物质的吸附作用有两种形式,分别是物理吸附和化学吸附;通常吸附质在活性炭表面的吸附由两种吸附共同作用,吸附性能由活性炭的孔隙物理机构和表面化学性能决定.

  一.活性炭孔隙结构

  1.孔隙结构

 

  根据(UPAC)提供的分析标准,半径r在0.35-2nm范围内的孔为微孔,半径r在2nm-50nm范围内的孔为中孔(介孔),半径r大于50nm的孔为大孔;(如左图1所示)

  不同孔径的孔在吸附作用中起到的作用不同,大孔在活性炭材料中占得比例较小;中孔在吸附过程中往往会出现毛细管凝聚现象,在吸附脱附等温线中以“滞后环”的形式表现;微孔在活性炭材料中所占比例最大,影响整个吸附过程,对吸附量大小有决定性作用。

  2.吸附性能的影响

  吸附质分子大小与吸附剂孔径大小存在以下4种吸附特点

  ⑴吸附质分子尺寸远小于孔径,吸附质容易脱附,低浓度下吸附量小

  ⑵吸附质分子尺寸稍小与孔径,吸附容易产生毛细管凝聚,吸附量大

  ⑶吸附质分子尺寸等于孔径,孔隙对吸附质分子的捕捉能力强

  ⑷吸附质分子尺寸大于孔径,由于分子筛作用,大于孔隙固没有吸附作用

  故对于不同材料及孔隙类型应选择适宜的吸附质进行分析。

  3.活性炭材料孔径测试过程中的表征

  对于活性炭材料而言其比表面积大,吸附量相当高,在测试过程中随着压力的上升期吸附量会迅速升高,尤其是在P/P0在小于0.1时,当P/P0高于0.1后随着压力的上升吸附量仍会持续增加,但上升趋势会减缓,并在较高压力区间形成“滞后环”,滞后环的形成由活性炭材料中丰富的介孔造成,即在这一区间的吸附产生了毛细管凝聚。

  二.活性炭材料的数据分析

  1.数据模型

 

  常用数据模型有BET\Langmiuer\t-plto\HK\DR\BJH等,各个模型在材料性能分析中有着各自的作用,需根据材料的孔类型、主要作用孔等情况选择性分析参考

  2.分析仪器选择

  对于一台性能完善的物理吸附仪而讲,不是具备全面的模型就可以称之为完善,尤其是应用于微孔分析,微孔材料的吸附主要发生在P/P0小于0.1时,故对仪器的真空度及整体气密性有着极高的要求,但配置分子泵≠拥有了极高的真空度,真空度受仪器内部气路结构和电磁阀气密性影响,目前国内较为先进的气路结构为集成气路,解决气路节点过多、电磁阀复用气密等多个问题;电磁阀应用领域内,目前国内外市场上没有在物理吸附仪应用领域内足够优秀的电磁阀,主要使用ASCO\Clippard\CDK\SMC等几个品牌,也有一些厂家在使用“气动阀”,但这些阀的应用并不能完善的解决对气体控制的极高应用,目前国内能够解决该项技术的公司仅有北京彼奥德公司,应用该项技术的仪器型号有MFA-140 、SSA-7300等,国内大多数企业还在使用SMC电磁阀,究其原因有以下几点:

  ⑴价格便宜,在国内成本至上

  ⑵安装方便,不需要过多辅材,简单的连接即可,由于不具备独立设计使用能力,零部件的选用仅限于能够便利使用,不具备二次加工和设计改进能力

  ⑶使用上不存在技术门槛,原理简单

  虽然很多企业在使用,但是该款电磁阀在物理吸附仪领域内还存在诸多问题,如易污染漏气、反向使用漏气、进气量不可调节等多个问题。其他电磁阀或多或少也存在缺陷,大多使用在30万左右的进口仪器中。真正能够进行微孔分析的仪器所使用的电磁阀均为经过独特设计的电磁阀,能完美的解决物理吸附仪中对高真空、不发热、进气量等多个问题。