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气体吸附过程的静态描述

2018.7.25

在进行气体吸附实验之前,固体表面必须清除污染物,如水、油及吸附在表面的各种其他分子。含有复杂孔道的微孔材料所吸附的污染物相对更难清除,只有借助分子泵提供的高真空度和相对长的脱气时间(一般大于12小时)才有可能将其彻底清洁。样品清洁后,转移至外置的恒温浴中,然后,将吸附质逐步定量进入被抽真空的样品管并测量。

物理吸附是一种可逆的弱吸附类型。被物理吸附的分子可以相当自由地在样品表面移动。吸附质分子趋向于优先填充材料表面吸附势能较高的部分——微孔(图1a),随着越来越多的气体分子被导入体系,吸附质分子会在整个吸附剂表面形成一个薄层(图1b)。

继续增加气体分子的通入量会导致多层吸附。持续地多层吸附伴随着毛细管凝聚过程(图1c),即在在孔道中的被吸附气体随分压比增高转化为液体的过程。描述这一过程的经典方程是开尔文方程,该方程量化了平衡气体压力与可以凝聚气体的毛细管尺寸的比例。随着平衡吸附质压力趋于饱和,孔就被吸附质完全填充。


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