基于探针气体吸附等温线的矿物材料表征技术:Ⅱ.多孔材料的孔隙结构

含纳米孔的天然矿物岩石材料的吸附和催化性能对于表生地球化学过程、材料加工、应用及煤炭开发利用等方面均有着重要意义。本文对比分析了各种纳米孔表征技术,重点介绍了基于吸附等温线的纳米孔研究方法。对三个典型样品等温线数据的模型计算表明,应根据材料中孔的形态(平行板状孔、球形孔和圆柱形孔)选择模型,不同类型孔所对应的计算方法和参数有很大差别。表征材料表面能量均匀的样品可首先考虑采用DFT法;HK法一般只作为定性研究方法,BJH方法受样品本身性质参数的影响较小,且计算简单,可广泛应用于介孔材料的孔径分布的表征。

基于探针气体吸附等温线的矿物材料表征技术:Ⅲ.表面能量非均质性

表面能量非均质性是影响固体材料表界面行为的重要属性,基于低温气体吸附等温线的分子探针方法是目前得到广泛认可的定量表征该属性的技术。本文详细介绍了这一技术的三种常用计算方法:规则化方法、密度泛函理论及微分等温线加和(DIS)法。作为应用实例,使用规则化方法和DIS方法对合成的Schwertmanite样品进行了表征,发现其表面存在三种不同的能量区域。研究结果表明,规则化方法适用于各种不同的样品,但只能给出吸附能曲线而不能精确表征表面能量区域;函数方法虽然比较精确,但表征值不能处理复杂表面;DIS方法虽能精确表征,但计算却较为繁琐。三种方法可互相补充。

基于探针气体吸附等温线的矿物岩石表征技术Ⅳ:比表面积的测定和应用

矿物的比表面积是决定矿物表面反应能力和吸附容量的重要参数,但因其测定方法多样、分析结果受多种因素影响,致使分析结果有时会偏离实际值。为全面认识和更好地利用比表面积数据,本文在对比表征矿物材料比表面积的几种常用技术的基础上,重点介绍了基于探针气体吸附等温线的比表面积测定方法。以方解石粉体、石英粉体、蒙脱石等常见矿物材料和铁锰结壳为例,根据各类材料的比表面积测定数据,研究了探针气体种类、脱气温度和吸附平衡时间等测试条件的影响。并从表面能量非均质性和孔隙结构的角度,提出了在应用测定结果时需要注意的问题。