【摘要】 气体吸附法(BET法)是在朗格缪尔(Langnuir)的单分子层吸附理论的基础上,由Brunauer、Emmett和Teller等三人进行推广,从而得出的多分子层吸附理论(BET理论)方法,因此又称BET法。其中常用的吸附质为氮气,对于很小的表面积也用氪气。在液氮或液态空气的低温条件下进行吸附,可以避免化学吸附的干扰。通过氮气吸附数据,可以得到多种结果,如材料的比表面积,孔径分布和孔体积等。氮气吸附技术是测定多孔材料性质的必备技术之一。
BET测试作为常见测试之一,仍有许多同学不太了解,本篇文章由科学指南针科研服务平台给大家介绍BET测试的案例分享及问题解答。
气体吸附法(BET法)是在朗格缪尔(Langnuir)的单分子层吸附理论的基础上,由Brunauer、Emmett和Teller等三人进行推广,从而得出的多分子层吸附理论(BET理论)方法,因此又称BET法。其中常用的吸附质为氮气,对于很小的表面积也用氪气。在液氮或液态空气的低温条件下进行吸附,可以避免化学吸附的干扰。通过氮气吸附数据,可以得到多种结果,如材料的比表面积,孔径分布和孔体积等。氮气吸附技术是测定多孔材料性质的必备技术之一。
案例1
吸附等温线和比表面积的应用
(1)题目及作者:
(2)文献收录:
International Journal of Biological Macromolecules
DOI: doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.03.066
(3)摘要:
作者使用溶液插层和络合方法制备一种高效的催化剂,该催化剂以蒙脱土/壳聚糖(MMT/CS)为载体,将 Pd0纳米颗粒和Cu2+嵌入其中,合成Pd0/Cu2+@MMT/CS。作者使用氮气吸附技术测定MMT和Pd0/Cu2+@MMT/CS的比表面积和气体吸附量,结果表明,与MMT相比,Pd0/Cu2+@MMT/CS具有更大的比表面积和气体吸附量。
(4)测试仪器:
作者使用Micromeritics TriStar II型吸附仪测定样品的比表面积和孔结构。
(5)测试谱图:
Pd2+/Cu2+@MMT/CS和Pd0/Cu2+@MMT/CS的比表面积分别为1.94m2/g、25.46m2/g和 23.63m2/g;MMT、Pd2+/Cu2+@MMT/CS 和 Pd0/Cu2+@MMT/CS的孔体积分别为0.013cm3/g、0.075 cm3/g 和 0.063 cm3/g。试验结果表明,改性后的MMT比表面积和孔体积明显增大。
案例2
利用氮气吸附计算孔的水力半径
(Hydraulic radius)
(1)题目及作者:
(2)文献收录:
Cement and Concrete Research
DOI: 10.1016/j.cemconres.2019.02.016
(3)摘要:
(4)测试仪器:
氮气吸附测试使用的仪器为ASAP 2010,样品质量为0.5g,测试温度60℃,脱气5μm Hg。
(5)测试谱图:
(6)测试分析:
Flowing N2 drying、Moderate oven drying、Freeze-drying、IPA replacement和Supercritical drying (SCD)
在水泥中,孔有多种形状,如圆柱形、狭缝形等,为了方便比较不规则孔的孔径,引入了水利半径。水利半径=孔体积/比表面积。根据图4所示的吸附等温线可以分别计算BET理论和BJH理论的水力半径,具体结果如图6所示。
BET理论和BJH理论计算的结果均可适用于水泥基材料。从图上可知,使用Freeze-drying、IPA replacement和SCD三种方法干燥的样品的水利半径随着龄期的增加而降低,这是因为水化产物不断生成所致。使用Freeze-drying和Flowing N2 drying两种干燥方法得到的样品的比表面积相似,但是水力半径明显不同,这表明使用Flowing N2 drying会产生较大孔径的孔。
案例3
计算孔径分布和累计孔体积
(1)题目及作者:
(2)文献收录:
Cement and Concrete Composites
DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.12.020
(3)摘要:
高吸收性聚合物(SAP)由于其高的内部固化效率而被广泛用作水泥基材料的内部固化剂。SAP周围受影响区域的孔结构对于理解内部固化机理很重要。作者对水灰比为0.24和0.30的水泥浆中SAP与水泥的接触区域从3天到28天的孔隙结构演变进行了研究。用氮吸附脱附法测试了接触区域和基质的孔径分布和孔体积。
(4)测试仪器:
作者使用BELSORP-mini II型对样品进行氮气吸附测试,测试温度77.3K,相对压力为0.0001-0.997,样品的质量为0.2g。
(5)测试谱图:
(6)测试分析:
试验的水灰比分别为0.24和0.3,使用氮气吸附测定的吸附等温线如图5所示。图8为使用BJH理论计算的水泥基质和SAP与水泥接触区域的孔径分布和累计孔体积。图上显示,对于各个水灰比,孔径分布均是比较分散;对于每一个水灰比,接触区域的最可几孔径要比基质的大。对于累计孔体积,水化3天的累计孔体积接触区域的比水泥基质的更大,而水化28天的累计孔体积则相反,这是因为水化早期,SAP周围为自由水,导致毛细孔生成,而随着水化时间的延长,SAP周围的水蒸发或者运输离开,使得孔隙降低。
图9时水灰比0.24时,接触区域孔径分布随着龄期的变化图。图上显示,接触区域的累计孔体积随着龄期的增大而降低,尤其是3天至7天这个阶段,因此,在28天时,接触区域的孔体积要小于水泥基质的。
总结
氮气吸附技术是测定孔结构的常用方法之一。通过吸附等温线可以判断孔的形状、类型和气体吸附量,通过BET理论和BJH理论可以计算多孔材料的比表面积和孔体积,进而计算水利半径。充分利用氮气吸附数据可综合分析多孔材料的孔结构特征。
本文所有内容文字、图片和音视频资料,版权均属科学指南针网站所有,任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得以链接、转贴、截图等任何方式转载。