[發(fā)明專利]一種提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測定準(zhǔn)確性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010521812.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111664825B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉忠軍;趙明慧;姬帥
• 申請（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué);江蘇云才材料有限公司
• 主分類號: G01B21/14
• 分類號: G01B21/14;G01N15/08
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 馬曉敏

本發(fā)明提供了一種提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測定準(zhǔn)確性的方法，該方法適用于納米多孔材料孔徑及比表面積參數(shù)測定領(lǐng)域。該方法具體包括以下步驟：使用比表面積及孔徑分析儀測試待測材料樣品的吸附?脫附曲線。根據(jù)測試數(shù)據(jù)得到待測材料的孔徑尺寸范圍數(shù)據(jù)；利用巨正則系綜(GCMC)分子模擬系統(tǒng)，選定待測材料孔徑范圍內(nèi)的具體數(shù)值，搭建模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)模型，通過不斷增加或降低主體流體的化學(xué)勢得到納米孔內(nèi)流體穩(wěn)定態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)組成的吸附滯后環(huán)；在吸附滯后環(huán)內(nèi)一給定吸附壓力位置，再選擇一個具有中間狀態(tài)的顆粒系統(tǒng)，該方法所涉及的模擬計(jì)算可以鑲嵌到測試儀器的分析軟件中，操作簡單，可有效提高納米多孔材料孔徑及比表面積的檢測結(jié)果準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米多孔材料孔徑及比表面積參數(shù)測定領(lǐng)域，具體涉及一種提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測定準(zhǔn)確性的方法。

背景技術(shù)

納米多孔材料的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征是對其物性研究及特異性能應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前主要利用衍射、光譜、顯微技術(shù)、吸附-脫附及相關(guān)力學(xué)性能等對納米多孔材料的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。最常用的表征方法是顯微技術(shù)，但是這種方法對內(nèi)部孔型、孔隙度等結(jié)構(gòu)因數(shù)分析困難。

求孔徑分布的主要方法有DH法(假定全部細(xì)孔是兩端開口的圓筒形)、BJH法、X射線和中子射線的衍射法和散射法，其中，前兩類方法都是利用吸附-脫附等溫線進(jìn)行計(jì)算。然而，在采用吸附-脫附方法計(jì)算多孔材料孔徑分布時，選擇不同的等溫線數(shù)據(jù)，將直接影響納米多孔材料最終的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測試結(jié)果。因此，應(yīng)該選擇哪支等溫線(吸附還是脫附)來進(jìn)行計(jì)算其孔結(jié)構(gòu)物性參數(shù)，是人們亟待解決的一個重要難題。

吸附劑孔徑范圍不同，表觀性質(zhì)不同，對應(yīng)的測試方法亦不同。目前對微孔(2nm)材料采用低溫靜態(tài)容量法測定，在液氮溫度下，用氪氣作為吸附氣體。對中孔材料(2-50nm)采用低溫靜態(tài)容量法測定，在液氮溫度下，以氮?dú)庾鳛槲綒怏w。對大孔材料(≥50nm)一般用壓泵法。目前對于孔徑在30nm以下的多孔材料，常用氣體吸附法來測定其孔徑分布。利用氮?dú)獾葴亟馕?脫附)原理來測算催化劑和催化劑截體的孔隙尺寸分布，其檢測的尺寸范圍可在1.5nm～100nm左右。由于微孔環(huán)境的特殊性，其孔徑分布的計(jì)算也有別于中孔和大孔材料。目前，(DHK)方程和(DFT)方程這兩種理論可以較好地描述微孔孔徑分布。基于圓筒孔等效模型，根據(jù)通過BET法獲得的脫附曲線，可以得出納米孔結(jié)構(gòu)材料中不同直徑圓筒孔的體積分?jǐn)?shù)，再由測試儀器所帶軟件直接計(jì)算孔徑分布。這種方法是目前納米多孔材料無損表征的主要方法。在測試樣品比表面積的時候，最常用的方法是用靜態(tài)氮?dú)馕椒ǐ@得等溫吸脫附線后，根據(jù)BET方程計(jì)算微比表面積和孔徑分布等。

限域空間內(nèi)(介孔尺度)流體在物理吸附和脫附的過程中發(fā)生的滯后環(huán)現(xiàn)象一直都到人們廣泛的關(guān)注。一個吸附量對應(yīng)兩個平衡相對壓力，脫附等溫線總是位于吸附等溫線的上方，現(xiàn)在還不明確應(yīng)該采用哪一條等溫線計(jì)算孔徑分布。有人認(rèn)為吸附時的摩爾自由能變化小于脫附時引起的摩爾自由能變化，在脫附等溫線的壓力狀態(tài)下，對應(yīng)的吸附狀態(tài)更穩(wěn)定，最好采用脫附等溫線計(jì)算孔半徑。

在實(shí)際多孔材料孔結(jié)構(gòu)的檢測過程中，通常要根據(jù)不同的情況選擇吸附或脫附等溫線中的一個作為依據(jù)，利用亨利定律進(jìn)行計(jì)算。但是，這個計(jì)算過程是不準(zhǔn)確的。最正確的計(jì)算方式是利用相平衡曲線通過修正后的開爾文(Kelvin)方程進(jìn)行分析。然而在實(shí)際檢測中由于不同吸附相之間存在一定的能量勢壘，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中很難觀察到相平衡轉(zhuǎn)變。

但為了使測試結(jié)果相對精確，即測試結(jié)果更接近于待測材料的真實(shí)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，檢測時有必要知道選擇等溫線中的哪一支。本發(fā)明專利提供了一種提高孔結(jié)構(gòu)測定準(zhǔn)確性的方法，具體涉及利用正則系綜和巨正則系綜分子模擬計(jì)算得到吸附-脫附過程中的蒸發(fā)-凝聚相變點(diǎn)，將這一相變點(diǎn)與吸附及脫附支進(jìn)行對比，便可以知道如何選擇恰當(dāng)?shù)牡葴鼐€來計(jì)算孔徑分布及比表面積，從而提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。該方法所涉及的模擬計(jì)算可以鑲嵌到測試儀器的分析軟件中，操作簡單。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測定準(zhǔn)確性的方法，用于對納米多孔材料孔徑及比表面積參數(shù)的測定，從而提高孔結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。