【摘要】 这是由于毛细管凝聚作用使N2分子在低于常压下冷凝填充了介孔孔道,由于开始发生毛细凝结时是在孔壁上的环状吸附膜液面上进行,而脱附是从孔口的球形弯月液面开始,从而吸脱附等温线不相重合,往往形成一个滞后环。
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滞后环的产生原因
这是由于毛细管凝聚作用使N2分子在低于常压下冷凝填充了介孔孔道,由于开始发生毛细凝结时是在孔壁上的环状吸附膜液面上进行,而脱附是从孔口的球形弯月液面开始,从而吸脱附等温线不相重合,往往形成一个滞后环。还有另外一种说法是吸附时液氮进入孔道与材料之间接触角是前进角,脱附时是后退角,这两个角度不同导致使用Kelvin方程时出现差异。当然有可能是二者的共同作用,个人倾向于认同前者,至少直觉上(玄乎?)前者说得通些。
滞后环的种类
滞后环的特征对应于特定的孔结构信息,分析这个比较考验对Kelvin方程的理解。
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,其最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比较难解释,一般认为是多孔吸附质或均匀粒子堆积孔造成的,多认为是“ink bottle”,等小孔径瓶颈中的液氮脱附后,束缚于瓶中的液氮气体会骤然逸出;
H3主要见于层状结构的聚集体,产生狭缝的介孔或大孔材料。
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型回滞环很少见,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)。
中压部分有较大吸附量但不产生滞后环的情况
在相对压力为0.2-0.3左右时,根据Kelvin方程可知对应的孔半径很小,有效孔半径只有几个吸附质分子大小,不会出现毛细管凝聚现象,吸脱附等温线重合,MCM-41孔径为2到3个nm时有序介孔吸脱附并不出现滞后环。
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