动态孔隙率和静态孔隙率方法

比表面是指单位质量物质的总表面积，其单位为 米2/克（M2/g）.比表面积是粉体材料，特别是超细粉和纳米粉体材料的重要特征之一，粉体的颗粒越细，其比表面积越大，其表面效应，如表面活性、表面吸附能力、催化能力等越强。 由于粉体材料的颗粒很细，颗粒形状及表面形貌错综复杂，因此直接测量它的表面积是不可能的，只能采用间接的方法,多年来已提出了多种测量方法，其中氮吸附法被公认为是最成熟的方法，已被列入世界各国的标准。 氮吸附法是依据气体在固体表面的吸附规律,例如，在液氮温度下（-196。C），在一定的氮气压力下，任何粉体材料的表面都可以吸附氮气的分子，并对应于确定的平衡吸附量，这种吸附是纯粹的物理吸附，即被吸附的气体分子与固体表面的结合力很弱，而且是可逆的，即在回到室温的过程中，所有被吸附的氮分子又都被脱附出来。 假定，在粉体的表面吸附了一层氮分子，那么粉体的比表面积（Sg）可用吸附的氮分子数和每个分子所占的面积求出： ……………………………（1） 式中：Vm 氮气的单分子层吸附量容积（ml） Am 每个氮分子占的面积，通过理论计算Am = 0.162nm2 = 0.162×10-18m2 W 粉体样品的重量（g） N 阿佛加德罗常数 (从物理的定律已知，在标准大气压下，一克分子的任意气体的体积都是22.4升即22400毫升，其分子数等于阿佛加德罗常数N = 6.023×1023) 把上述具体数据代入式(1)，得到氮吸附法计算比表面积的基本公式： ……………………………………… (2) 注意这个公式中的Vm是单分子层吸附量,但是事实上，样品表面吸附的氮气并不正好是单分子层,为了解决这个问题，布朗诺尔（Brunauer）、埃米特（Emmett）和泰勒（Teller）三人提出了多分子层吸附理论，并建立起相应的吸附等温方程，称为BET方程，这个方程解决了由实际的氮气吸附量求得单分子层吸附量的实验方法和计算方法。 这里再引入一个吸附等温线的概念：在恒定的温度下，固体表面上吸附的气体量是随被吸附气体的压力而变的，因此把恒温下，平衡吸附量随相对压力的变化曲线称为吸附等温曲线。理论分析指出，在液氮温度下，当氮的相对压力在0.05到0.35的范围中时，固体粉末表面的氮气吸附量（V），相对于氮气分压（P/P0）符合下述BET方程： ……………………(3) 式中： P 氮气分压 P0 液氮温度下，氮气的饱和蒸汽压（接近1大气压） V 样品表面氮气的实际吸附量 Vm 形成单分子吸附层所对应的氮气量 C 与样品吸附能力相关的常数 由BET方程可知P/V(P0-P)相对于(P/P0)的变化是一条直线，该直线的截距为1/Vm•C,斜率为（C-1）/ Vm•C, 而截距与斜率之和的倒数正好是Vm .也就是说,Vm可以通过试验求得，即在相对压力（P/P0）= 0.05~0.35的范围中选择3至5个点，在每一个相对压力下，通过实验求出实际的氮吸附量（V），以P/V(P0-P)对(P/P0) 作图，可得到一条直线，并从直线的截距和斜率求得形成单分子吸附层所对应的氮气量Vm ,BET多分子层吸附理论成功地解决了单分子层吸附量的求得方法，从理论和实验方法上解决了氮吸附法求得比表面积的关键问题。 由上面的叙述可知，只要解决在液氮温度下测量粉体材料表面氮气吸附量的方法，就能求出比表面积，氮吸附仪就是测量氮气吸附量的仪器。 用吸附仪测量氮气吸附量的方法有三种： 重量法 ：在吸附系统中，用高精密天平，直接测量样品在吸附氮气后的增重，计算出氮气量。其精密度取决于天平的精度，一般认为，这种方法不适用于小比表面的测量； 容量法 ：在已知容积的密闭系统中，放入吸附物质，在一系列氮气的压力下，根据气态方程，即气体质量和温度、压力及容积之间关系，计算出氮气的被吸附量； 以上两种统称为静态法，国外大部分比表面仪均采用静态法。 动态法 ： 又称连续流动色谱法，动态法的基本特征是在一个连续流动的气路中，用气相色谱的测量技术，测得粉体材料表面的氮吸附量。我国目前生产的比表面仪,包括JW系列比表面仪 基本上均采用动态法。