GB T 21650.3-2011 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度 第3部分：气体吸附法分析微孔.pdf

1、ICS 19. 120 A 28 国家标准国当2町7l f吁导A/ 、二b华人民; (英文版)。与IS015901-3 :2007相比，本部分作了如下编辑性修改:删除了国际标准的前言;将IS015901的本部分改为本部分;修改了IS015901-3:2007的范围;对IS015901-3: 2007中引用的其他国际标准，用等nJ采用为我国的标准代替对应的国际标准。未被等同采用为我国标准的直接引用国际标准;删除了3术语和定义中的3.3;删除了4符号中注2后边的一段话;删除了7仪器检定中欧美地区标准参比材料供应机构的通讯信息;修改了图3中的横坐标;将附录A中表八.2本部分的附录A、附录B为资料性附

2、录。本部分由全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会(SAC/TC168)提出并归口。本部分起草单位:北京市理化分析测试中心、中机生产力促进中心。本部分主要起草人:周素红、邹涛、余方、高原、王启立锋。阳山G/T 21650.3-2011/180 15901-3:2007 51 根据IUPAC1981年的推荐意见，微孔为孔宽小于2nm的孔。表征微孔的方法有很多种，包括光谱法、电子显微镜和隧道扫描显微镜以及吸着法等。鉴于大多数多孔同体的组成复杂，各种方法所获得的结果并不总是互相吻合，单靠一种技术也不能给出孔结构的全部信息。考虑到特定吸附剂、分子筛、催化剂载体和生物活性物质等微孔材料的应用，所选气

3、体吸附方法的适用范围特别重要。由于分散的多孔材料具有分形性，吸附测量的结果取决于所采用吸附质气体分子的尺寸(在团体表面上的有效直径和占有空间)。此外，较大分子有可能元法进入微孔，因此也会出现排斥效应。本部分中所涉及的测量技术即:低温气体吸附测量法与GB/T216GO. 2 -2008和ISO9277: 1995 中的方法相似;本部分只对等温线的初始段(如:相对压力 12 d 0 4) l !SF(，阳，do)二;|ll一U)一叫一)一卢(=c) I . ( 20 ) 自L1十h飞l J 32 是飞l I-k飞l J J J 参数KAs;fnKAa可由式(17)和(18)计算得到。参数h和卢品的

4、定义如式(21)和(22)所示:11 -GB/T 21650. 3-2011/1S0 15901-3:2007 k (-=-i_产生f是1( 21 ) A-(Jfrk)ZAl . ( 22 ) 式中:。二卢。二1。为了对HK法和SF法进行计算，可要知道吸附剂参数只、汇、ds、Ns的数值以及吸附质参数凡、Xa、da和N.的数值。这些参数的选择对运算结果影响很大。摘自DIN66135-1i23中的氮气/炭和氧气/沸石分子筛体系相关参数数值列于附录A中。9.5 非定域密度函数理论(NLDFT)确定微孔分布9.5. 1 背景介绍非定域密度函数理论(NLDFT)和计算机模拟方法，如分子动力学和Montc

5、Carlo仿真已发展成为描述被多孔材料所限制的非均匀流体的吸附和相行为的有效方法24J-圳。这些方法能精确描述一些简单受限流体的结构，即近固体表面的振荡密度分布，或者描述受限于某些如狭缝、圆柱形和球形等简单几何形体的流体结构。通过计算吸附在表面和l孔内的流体的平衡密度分布，从中导出吸附/脱附等温线、吸附热以及其他热力学参数。Evans和Tarazona为了研究孔内流体的吸附和相行为，他们通过计算机模拟进行密度函数理论和分子模型应用的开创性研究叫。Scaton等25是第一个应用DFT法计算介孔和微孔范围内的孔径分布的。他们第一次尝试应用DFT分析孔径时，使用DFT定域模型(描述)的说法。这一理论

6、在对孔填充的宏观、热动力学描述上仍然具有重要意义。这-理论对窄微孔虽不够精确，但在描述孔充填方面依然比显微镜技术和热力学表述要有屉著进步。NLDFT使准确度得到重大改进，Lastoskic等在1993年首次报道了利用NLDFT分析微孔炭的孔径分布，26。此后，NLDFT频繁地用于分析微孔和介孔样品的孔径分布，可参见文献27J和28J。同时NLDFT适用于许多吸附剂/吸附质体系。与经典的热力学、显微模型法相比，NLDFT从分子水平上描述了受限于孔内的流体的行为。其应用可将吸附质气体的分f性质与它们在不同尺寸孔内的吸附性能联系起来。由此可见NLDFT适用于微孔和l介孔全量程，可参见文献26J和28

7、J。9.5.2 非定域密度函数理论(NLDFT)通用方法在实验条件F，孔内的吸附流体与整体气体相平衡，因此，传统的NLDFT处理方法可用于描述巨正则体系，巨正则势函数。(r)由式(23)给出:。式中:(r) 在泛3D空间坐标r内的平衡流体密度;F 本征Hclmholtz自由能，在无任何外场条件下，F可表述成气体平衡状态时分f密度分布p(r)的函数Fp(r)J; Vext (r) 由孔壁引起的外部势能; 化学势。外势Vcxt(r)依赖于假设的孔模型。例如:用来描述炭孔的狭缝孔模型时的势能方程如式(22)所示:Vext (z) = sf (z)十sf(W-z) ( 24 ) 式中:久f(z)分子和

8、孔壁间相巨作用的同体-流体势能;W 孔宽(即孔径); z 与孔壁的间距。多孔炭的固体流体势能常取描述气体分子与单石墨层板块相互作用的Stcclc势如式(23) 12 GB/T 21650.3-20门/ISO15901-3 :2007 所示叫:I ? I， 10 I， 4飞|此I(Z)二2E，IP，16.1之(二，-(主ii-st|-HH-HH-. ( 25 ) L5飞Z)飞Z)36. (z + 0.616. )3 J 式中:sf 气体-孔壁相互作用势能参数，在变量表中记作E，rlICB;sl 气体-孔壁相互作用的问距参数;Ps 石墨密度;A 石墨层问距。同时考虑了其他孔型以及相关势能(包括圆柱

9、形孔叫和球形孔叫模型)，这些孔型适用于某些介孔二氧化硅分子筛(比如MCM-41、SBA-16)。本征自由能F由以下三部分组成:a) 理想气体自由能，Fid，Fid由精确的表达式给出24;b) 附加自由能，Fex，Fex由两部分组成:F.u由颗粒间相互吸引引起的自由能;FIIS按硬球参考体系描述的分子问排斥力引起的自由能。自由能F由三部分组成，它们都是流体密度分布的函数，由式(26)给出:(r) : F(r)J =Fidp(r)J十F.u(r)J + F lIsp(r) J ( 26 ) 由吸引引起的自由能F.u可从式(27)计算得到:F.，=IIp(r)的au( 1 r - r I ) . .

10、 . . . . . . . ., ( 27 ) 式中吸引势att由Wccks-Chandlcr-Andcrson(WCA)近似法模拟25J得到，rUtf(77_ 3 K) NLDFT拟合10-6 10-5 P/I飞10-1 100 图B.177.3K时，氯气在活性炭纤维(ACF)上的眼附等温线和NLDFT拟合曲线GB/T 21650. 3-2011/ISO 15901-3 :2007 假设为狭缝孔模型，应用表B.l和表B.i311的吸附质/吸附剂参数可以t算得到罔13.20。0 o. 5 1. 5 2 2. 5 3 孔径/nm图B.2从图B.1中氮眼附等温线得到的炭纤维NLDFT的孔径分析结

11、果19 GB/T 21650. 3-2011 /ISO 15901-3: 2007 参考文献III GREGG, S.上，SING , K. S. W. Adsorption , Surfacc Arca and Porosity. 2nd cd. ，八cadcmicPrcss , London 1982. 2J MIKHAIL, R. SH. and ROBENS , E. Microstructurc and Thcrmal Analysis of Solid Surfaccs. Wilcy, Chichcstcr 1983. 3J KANEKO ,K. Journal of Mcmbra

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25、华人民共和国家标准压宗法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第3部分:气体服附法分析微孔GB/丁21650.32011/ISO 15901-3:2007 国r 9峰中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100015网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷f印刷各地新华书店经销当e印张1.75 字数44千字2012年1月第一次印刷开本880X12301/16 2012年1月第一版祷15号:155066. -43537 27.00 7G 如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533定价打印忖期:2012年2月9HF002A