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活性炭AX21孔結構的評價方法

時間：2021-10-9 閱讀：1527

α圖法（SPE法：扣除孔的影響）可以計算不同材料的各自比表面積和微孔孔容。α s圖是將吸附等溫線上（相對壓力p/p0（橫坐標）和吸附量V（縱坐標））轉化α s，并為以α s為橫坐標，吸附量V為縱坐標軸作圖，其基于α s標準曲線[相對壓力p/ p0（橫坐標），每個相對壓力點的吸附量V，p/p0=0.4對應的V0.4，轉化為無量綱值（V/V0.4）即 αs（縱坐標））]。從α圖上分析的結果（表面積和孔容）與t圖法相同。由于α s是無量綱的，沒有下限值的條件限制，可以得出極低壓力下的詳細信息（微孔情況），而t-圖法需要考慮吸附層的厚度t(nm)。

圖1是用BELSORP MAX測試堿性活性炭（AX21）在超低相對壓力(P/ P0=1E-9)下開始的吸附等溫線（N2@77.4 K）。這個等溫線為I-b型，預示著存在微孔。圖2是AX21，活性炭（CB：#51）和石墨化碳黑（GCB：LGC2102）的α s曲線疊加圖，來比較其表面性質的差異。由于AX21與CB二者的α s曲線相似，可認為AX21的表面性質與CB接近。

圖1 活性碳AX21的吸附等溫線（N2@77.4K）

圖2 活性炭AX21，CB，GCB的 αs曲線比較

圖 3 左側的圖是使用 CB（紅色）和 GCB（藍色）作為標準 α s 曲線的AX21 的 α s-圖。每個 α-圖有兩個峰（微孔填充），從原點看到的個峰，存在極微孔（孔徑<0.7 nm）時，出現填充彎折（F swing），存在超微孔（0.7 nm <孔徑<2 nm）時第二個峰出現凝聚彎折（C swing）。直線①和③是連接原點和兩峰之間峰谷的最低點的兩條線。將直線①和③的斜率（圖 3 左）代入到方程 1，得到總表面積（微孔和外表面積之和：ASPE），將切線②（圖3右）的斜率代入到方程 1，得到外表面積和總孔容積。以上結果以及BET-圖法的計算結果如表 1 所示。BET比表面積（2648 m2 g-1）不是用GCB作為參考αs曲線得到的比表面積（1860 m2 g-1），而是用CB 作為參考 αs 曲線計算的接近于 CB的比表面積（2645 m2 g-1）。因此，可以認為AX21的表面性質與CB相近。通過這種方式，α圖能夠計算表面積和微孔容積，能通過參考αs曲線的軌跡評估材料的表面性質。