孔徑分布

孔徑分布是冶金術語,用來表示材料中存在的各級孔徑按數目或體積計算的百分率。

概念

孔徑分布(pore size distribution)是指材料中存在的各級孔徑按數量體積計算的百分率

原理

許多超細粉體材料的表面是不光滑的,甚至專門設計成多孔的,而且孔的尺寸大小、形狀數量與它的某些性質有密切的關係,例如催化劑吸附劑。因此,測定粉體材料表面的孔容、孔徑分布具有重要的意義,所謂孔容孔徑分布是指不同孔徑的孔容積隨孔徑尺寸的變化率。國際上,一般把這些孔按尺寸大小分為三類:孔徑≤2nm為微孔,孔徑在2-50nm範圍為中孔,孔徑≥50nm為大孔,其中中孔具有最普遍的意義。

測定方法

氮吸附法測定中微孔孔徑分布是比較成熟而廣泛採用的方法,它是用氮吸附法測定BET比表面積的一種延伸,都是利用氮氣的等溫吸附特性曲線:在液氮溫度下,氮氣在固體表面的吸附量取決於氮氣的相對壓力(P/P0),P為氮氣分壓,P0為液氮溫度下氮氣的飽和蒸汽壓;當P/P0在0.05-0.35範圍內時,樣品吸附特性符合BET方程;當P/P0≥0.4時,由於產生毛細凝聚現象,即氮氣開始在顆粒孔隙中發生凝聚,通過實驗和理論分析,可以測定孔容、孔徑分布。
利用氮吸附法測定孔徑分布,採用的是體積等效代換的原理,即以孔中充滿的液氮量等效為孔的體積。由毛細凝聚現象可知,在不同的P/P0下,能夠發生毛細凝聚現象的孔徑範圍是不一樣的。當P/P0值增大時,能發生凝聚現象的孔半徑也隨之越大,對應於一定的P/P0值,存在一臨界孔半徑rk,半徑小於rk的所有孔皆發生毛細凝聚,液氮在其中填充,大於rk的孔皆不會發生毛細凝聚,液氮不會在其中填充。臨界半徑可由凱爾文方程給出了:
rk稱為凱爾文半徑,它完全取決於相對壓力P/P0,即在某一P/P0下,開始產生凝聚現象的孔半徑為一確定值,同時可以理解為當壓力低於這一值時,半徑大於rk的孔中的凝聚液將氣化並脫附出來。實際過程中,凝聚發生前在孔內表面已吸附上一定厚度的氮吸附層,該層厚也隨P/P0值而變化,因此在計算孔徑分布時需進行適當的修正。

相關國家測試標準

目前,國內關於比表面積測試的現行有效國家標準約有十幾個,現列舉幾個比較常用的國家標準方法:
GB/T 19587-2004 《氣體吸附BET法測定固態物質比表面積》
GB/T 13390-2008 《金屬粉末比表面積的測定 氮吸附法》
GB/T 7702.20-2008 《煤質顆粒活性炭試驗方法比表面積的測定》
GB/T 6609.35-2009 《氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法 第35部分:比表面積的測定 氮吸附法》
SY/T 6154-1995 《岩石比表面和孔徑分布測定 靜態氮吸附容量法》

比表面孔徑分析儀介紹

全自動高精度比表面積和介孔微孔分析儀性能參數
測試功能:靜態容量法;吸附及脫附等溫線測定;樣品真密度測定;BJH介孔分析-總孔體積及孔徑分布分析;t-plot圖法微孔分析;MP法微孔分析;DR及DA填充理論;高解析度HK微孔孔徑分布;SF微孔孔徑分布;BET法比表面積測定(單點及多點);Langmuir法比表面積測定;平均粒徑估算;t-plot圖法外比表面積測定;
真空系統:獨創的V-Sorb全不鏽鋼微焊真空管路系統,真空管路必須採用全金屬VCR連線,最大限度減小管路死體積空間的同時,可長時間維持高真空度;採用VCR方式全金屬連線,真空漏氣率可達1x10(Pa*m/s),不能採用任何形式的O型圈密封方式,以避免高真空狀態下O型圈自身釋放氣體影響真空度;
真空腔體:獨創的V-Sorb集裝式腔體及電磁閥控制系統,大大減小管路死體積空間,提高檢測吸附氣體微量變化的靈敏度,從而提高孔徑分析的解析度;同時集裝式管路減少了連線點,大大提高密封性和儀器使用壽命;
測試模式:獨創的V-Sorb集成“單一氮氣測試模式”和“氮氣+氦氣標準測試模式”於一體,供客戶根據實際需要選擇使用;採用“氮氣+氦氣標準測試模式”,符合國際標準,可確保結果的準確性和一致性,且操作簡單;對於低溫下可吸附氦氣的樣品,不適宜採用氦氣測定自由空間,可通過採用“單一氮氣測試模式”獲得理想的測試結果.
標定氣體:具備可選擇使用He氣(99.999%)進行冷自由空間體積標定的功能,不能僅僅只具備採用“氮氣+空管”模式標定冷自由空間;
測定範圍:0.01(m/g)--至無上限(比表面積);0.35nm-2nm(微孔);2nm-500nm(中孔或介孔)
測量精度:重複性誤差小於1.5%
液位控制:獨創的V-Sorb液氮面控制系統,確保測試全程液氮面相對樣品管位置保持不變,徹底消除因冷體積空間變化引入的測量誤差.
數據採集:採用主流的數據採集存儲系統和高精度及高集成度數據採集模組,誤差小,抗干擾能力強.
樣品數量:同時進行2個樣品分析和2個樣品脫氣處理,樣品測試系統和樣品處理系統相互獨立,並且樣品測試和樣品脫氣處理可以同時進行,避免了測試管路受到污染,從而進一步確保測試的精度和提高儀器使用壽命;
樣品處理:樣品處理的全過程通過軟體來自動控制,包括溫度、時間及真空泵啟停,並且具備處理開始時間的預設功能,可實現夜間無人值守式測試和處理樣品,大大提高工作效率.
控制系統:採用漏率為1x10(Pa*m/s)高真空氣動閥,徹底消除電磁閥本體發熱引入的測量誤差,提高測試精度.
壓力測量:採用壓力分段測量的進口矽薄膜電容式雙壓力感測器,顯著提高低P/Po點下測試精度,有利於微孔孔徑分布測量.0-1000 Torr(0-133Kpa);0-1 Torr(0-133pa).壓力感測器必須提供進口檢測證書
壓力精度:高精度進口矽薄膜電容式壓力感測器,精度達實際讀數的0.15%,優於全量程的0.15%,遠高於皮拉尼電阻真空計精度(一般誤差為10%-15%)
真空泵:雙真空泵系統,採用德國原裝進口免維護分子泵和雙級鏇片式機械真空泵;分子泵和雙極真空泵內置儀器中,可以通過軟體根據實驗需要自動控制真空泵啟停,從而延長真空泵的壽命.
液氮杯:採用進口4升大容量金屬杜瓦瓶,在無需增加保溫蓋的條件下可連續進行72小時測試,無需添加液氮,能完全滿足微孔長時間測試需求
分壓範圍:P/Po 準確可控範圍達5x10-0.995
極限真空: 雙極機械泵-- 4x10Pa (3x10Torr),分子泵-- 5x10Pa;
樣品類型:粉末,顆粒,纖維及片狀材料等
測試氣體:高純N2氣(99.999%)或其它(按需選擇如Ar,Kr).
數據處理:Windows兼容數據處理軟體,功能完善,操作簡單,多種模式數據分析,圖形化數據分析結果報表.
儀器規格:尺寸:長70×寬70×高85(CM);重量:60公斤;電壓:交流220V;電流:5A

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