用氮吸附法,比表面是如何计算出来的?

对于微纳米材料而言,其颗粒尺寸本来就很小,加上形状千差万别,比表面及孔尺寸不可能直接测量,必须借助于更小尺度的量具,氮吸附法就是借助于氮分子作为一个量具或标尺,来度量粉体的表面积以及表面的孔容积,这是一个很巧妙、很科学的方法。任何粉体表面都有吸附气体分子的能力,在液氮温度下,在含氮的气氛中,粉体表面会对氮气产生物理吸附,在回到室温时,吸附的氮气又会全部脱附出来。当粉体表面吸附满一层氮分子时,粉体的比表面积(Sg)可由下式求出:

Sg = VmNσ/22400W

式中: Vm: 样品表面氮气的单层饱和吸附量(ml

N: 阿佛加德罗常数(6.024 ×1023

σ: 每个氮分子所占的横截面积(0.162 nm2

W: 样品的重量(g

在标准状态下,1mol气体中的分子数为6.023 ×1023个;1mol气体在标准状态下的体积为22.4L22400ml ,把Nσ的具体数据代入上式,得到氮吸附法测定比表面积的基本公式如下:

Sg = 4.36Vm/W

然而实际的吸附并非是单层吸附,而是所谓多层吸附,通过对气体吸附过程的热力学与动力学分析,发现了实际的吸附量V与单层饱和吸附量Vm之间的关系符合于著名的BET方程:

P/VPo-P=1/CVm +C-1P/ CVmPo

式中 V 单位重量样品表面氮气吸附量

Vm 单位重量样品表面氮气的单分子层饱和吸附量

Po 在液氮温度下氮气的饱和蒸气压

P 氮气分压

C 与材料吸附特性相关的常数

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BET方程适用于氮气相对压力(PPo)在0.05 ~ 0.35 的范围,在这个范围中用P/V(Po-P) (P/Po)作图是一条直线,而且1 /(斜率+截距)= Vm ,因此,在0.05 ~ 0.35 的范围中选择3个以上不同的(P/Po),测出每一个氮分压下的氮气吸附量V , 并用P/V(Po-P) (P/Po)作图,由图中直线的斜率和截距求出Vm ,再求出BET比表面。在BET方程中,C是反映材料吸附特性的常数,C越大吸附能力越强。

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