吸液驅(qū)氣法在多孔材料微孔結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用.pdf

1、多孔材料對氣體的吸附容量和吸附選擇性主要由其微孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)決定。精確地測量多孔材料的微孔結(jié)構(gòu)是氣體吸附分離用多孔材料的制備和應(yīng)用基礎(chǔ)。77 K N2吸附是測定多孔材料孔結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。在77 K低溫下，N2分子動能很低，使得N2分子擴(kuò)散到較窄的微孔（孔徑小于0.7 nm）內(nèi)達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間較長，難以準(zhǔn)確測定較小微孔結(jié)構(gòu)信息。而室溫下小分子氣體探針吸附則較77 K N2吸附可以測量到更小的孔，獲得更豐富的微孔信息。
　　

2、本文提出了通過分析多孔材料吸液驅(qū)氣體積或速率獲得其微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的想法，即吸液驅(qū)氣法。并建立了測量多孔材料吸液驅(qū)氣體積和速率的裝置。
　　根據(jù)巨正則蒙特卡洛法模擬得到的N2在炭分子篩內(nèi)的理論表觀密度，由測量的炭分子篩吸水驅(qū)替出的N2體積計(jì)算N2在炭分子篩微孔內(nèi)的表觀密度，得到炭分子篩的微孔孔徑。該方法測量得到的炭分子篩微孔孔徑與常溫N2吸附法測量得到的結(jié)果一致。根據(jù)液體只可進(jìn)入孔徑尺寸比其分子直徑大的孔內(nèi)的原理，通過比較炭分子篩吸液

3、驅(qū)N2的體積得到炭分子篩的微孔孔口尺寸分布。該方法測量得到的炭分子篩微孔孔口尺寸主要分布在0.28-0.37 nm。同時(shí)利用該方法跟蹤了化學(xué)氣相沉積制備炭分子篩過程中樣品微孔孔徑及孔口尺寸分布的變化。
　　根據(jù)液體只可進(jìn)入孔徑尺寸比其分子直徑大的孔的原理，通過比較活性炭吸液驅(qū)CH4和N2的體積得到活性炭的微孔孔徑分布。與77KN2吸附法測量的結(jié)果相比，該方法能夠測量到活性炭中更小尺寸的孔。得到活性炭的微孔孔徑分布后，結(jié)合動態(tài)法測量

4、的CH4/N2分離因子分析了活性炭的微孔結(jié)構(gòu)對其選擇吸附CH4/N2混合氣中CH4的影響。結(jié)果表明，活性炭樣品微孔孔徑分布不同，其CH4/N2分離因子也不相同，其微孔孔徑分布，尤其是孔徑＜0.48nm的微孔對其選擇吸附混合氣CH4/N2中的CH4起著非常重要的作用。
　　通過比較測量的ZSM-5吸液驅(qū)CH4和N2的體積得到ZSM-5的微孔孔徑分布。吸液驅(qū)氣法測量的ZSM-5的微孔孔徑主要分布在0.48 nm左右，與77 K N2吸

5、附測量的結(jié)果一致。
　　考察了溫度、氣體種類、粒度、液體粘度和極性等對炭分子篩、活性炭和沸石分子篩吸液驅(qū)氣速率的影響。結(jié)果表明，炭分子篩、活性炭和ZSM-5吸水驅(qū)氣的速率隨著溫度的升高，樣品粒度的減小而加快，炭分子篩吸水驅(qū)氣的速率受氣體分子直徑的影響。炭分子篩、活性炭和沸石分子篩吸水驅(qū)N2過程同時(shí)受大孔和微孔擴(kuò)散控制。當(dāng)炭分子篩和ZSM-5粒度分別減小至0.250-0.180 mm和0.850-1.400 mm時(shí)，樣品吸水驅(qū)N2速