液氮温度下JX-6型椰壳炭的性能测试(3)

3.2、孔径分析

　　由比表面积分析可以看出，JX-6型活性炭为微孔结构活性炭。吸附质分子和吸附剂孔壁分子之间的相互作用不能忽略，所以孔径分布采取的模型必须考虑分子间的相互作用。

　　本文采用HK模型，HK模型简化了吸附质分子和吸附剂孔壁分子间的相互作用，认为吸附质分子和吸附剂孔壁分子间的相互作用在空间不同点上都是相同的。这种相互作用由吸附质分子在孔径为W的狭缝孔中的平均摩尔势能函数来表达，即:

　　式中，Φ 为平均摩尔势能函数（单位：J/mol）,Na、NA分别为单位表面积上吸附剂原子和吸附质分子个数,Aa、AA是表征吸附质分子之间以及吸附质分子与吸附剂分子间相互作用的扩张常数，H是狭孔平行板间距，δ是吸附质分子与吸附剂孔壁分子零作用时吸附质分子距离孔壁的距离。

d = d_a + d_A （7）

　　式中，da 是吸附剂孔壁表面原子的直径，dA是吸附质分子的直径。

W=H-d_a (8)

　　让一个理想气体的Gibbs自由吸附能等于平均摩尔吸附势能，能够得到相对压力与孔径宽度的关系:

NΦ = RTln (P/P₀ ) (9)

　　式中，N为阿伏加德罗数，R为摩尔气体数。由以上方程确定了W与相对压力之间的关系。取相对压力P/P0在2.871×10^-7～1.188×10^{- 3}之间，根据(6)(7)(8)(9)可以求得与之对应的间距W。再根据不同相对压力下的平衡吸附量可以求出不同的W所对应的比容积见图5所示：图5中，可以看出最大的孔容积为0.2754 cm³/g,孔径W的范围为4.467～7.739 A。

　　总的孔容v 可以估算为：

v = 0.00155V _0.98 （10）

　　V_0.98 = 251.0406 cm³/g，则v为0.3891cm³/g，微孔的比容积约占70.78%，与前面BET 法估计基本一致。

　　取孔径W 为横坐标，取dv/dw 为纵坐标作图如图6 所示。

　　由图6 中，dv/dw 随孔径W 的增大，变化趋势为递减，dv/dw 的最大值为0.700469，在W=7.73A。时，dv/dw=0.024476，减小到最大值的3.4%，即随着孔径的进一步增大，孔容变化将不明显。

4、结论

　　研究表明：

　　(1)、JX-6型活性炭的微孔面积占总表面积的78.67%，微孔容积占70.78%以上，可以认为是微孔型活性炭。其总比表面积为734.06 m²/g，总孔容为0.3891 cm³/g，孔径主要分布在4.50～7.73A。

　　(2)、活性炭的吸附过程分成三个过程，P/P0在小于0.0 时，主要发生单层吸附，在0.05～0.35时，主要发生多层吸附，在P/P0 大于0.35时，产生毛细凝聚现象，且主要发产生于中、大孔中。

　　(3)、计算孔径分布中采用的HK模型认为吸附质分子和吸附剂孔壁分子间的相互作用在空间不同点上都是相同的，因而有其局限性，但是由于考虑了吸附质分子和吸附剂孔壁分子间的相互作用，因而可以在一定程度上真实反应吸附剂的孔径分布状况。

　　文章的结论为进一步研究NBI低温泵吸附剂—活性炭在低温下的各种性能提供了依据。