颗粒测试100问之基础知识（九）_

1、什么是孔径?什么是孔隙度?

孔和颗粒一样，而且由于孔的连通，情况还要复杂些。闭孔是很难测量的，开孔有两种：一种是贯通孔，两端或多端都有出口;另一种是盲孔(或称半通孔)只有一端出口。孔道大多都是弯弯曲曲的，由一串各种孔形的孔连通，因此孔形问题的复杂性在于除了形状因子外，还需要引入弯曲因子。孔形有墨水瓶状、圆柱状、圆锥状、三角状等不规则形状，因此孔的不同测量方法都要设定孔的模型，以便于计算。目前大多数孔模型设定为圆柱形，也有应用水力半径概念进行计算的，所谓水力半径，定义为孔的横截面积除以其周长。

孔径的概念随测试方法与孔径计算方法的不同而不同，但都是用孔的半径表征，这点和粒度表示的是颗粒粒径不同，需要随时切记，否则粒度或孔径的数值就会相差一倍。

孔隙度是指颗粒堆积体或多孔体内孔所占体积，由总孔体积除以堆积体或多孔体的表观体积得出。

2、孔大小的分类

按国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定分为：

3、压汞法误差分析

压汞法测量孔径大小应用很广，从几个纳米到几个微米，范围很宽。压汞法测量误差有以下几个因素：

1) 汞的纯度和温度恒定很重要，它们影响到汞的表面张力和接触角;

2)一般而言样品量越多，孔结构越复杂(如墨水瓶孔越多)，平衡时间应越长。

3) 高压试验时，要在高真空下灌汞，否则残余气体在高压下的压缩量与小孔相比，已是一个不可忽视的误差因素。此外，高压下小孔的破坏也影响到孔分布的测量结果。

4、吸附法测量介孔分布有哪些计算方法?

按圆柱孔模型，__个实现介孔分布计算的是C.G.Shull(1948年)，以后又有B.J.H.法、C.I.法、C.M.法和D.H.法，D.H.法的工作方程是：

若去掉公式右边第三项，即得到B.J.H.工作方程;若把公式右边中表面积和长度符号化为体积项，从而可合并第二项和第三项，则得到C.I.工作方程;若把公式中体积和长度符号化为表面积项，则就得到C.M.工作方程。

后来又有基于平行板模型的de Boer法，以及“无模型”法(M-L法)，实际上“无模型”法在计算孔结构参数时还是有模型的，不过，这个方法后来发展为微孔分析的M-P法。

目前，自动吸附仪大多用的是B.J.H.法进行计算。

5、吸附法进行微孔分析有哪些计算方法?

1) D.R.微孔充填法，又称Dubinin法;

2) 凝聚近似(LA)法;

3) Jaroniec吸附势能法;

4) H-K法，分适合狭缝模型的H-K法、适合圆柱孔模型的H-K-SF法、适合球形孔模型的H-K-Cheng-Yang法;

5) 密度函数(DFT)法;

6) M-P法。

6、吸附等温线分类

由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)提出的物理吸附等温线分类，见下图：

图1 IUPAC提出的物理吸附等温线分类

类型Ⅰ的特点是在一定压力后呈现接近饱和的情况，限于单层吸附的化学吸附属于这种类型，常称为Langmuer型。物理吸附也有这种情况，常出现于微孔吸附剂的吸附。由于孔壁邻近效应，引起吸附的作用能显著提高，在相对压力很小范围内，微孔就逐渐填满，以后随相对压力的增加，这种微孔吸附已成饱和。表征微孔填充的主要几何参数是微孔体积，而不是微孔壁的表面积。例如有机蒸气在活性炭上的吸附。

类型Ⅱ是最常见的吸附等温线，呈S型。呈这种类型等温线的吸附剂是非多孔颗粒的粉末。例如氮气于-196℃在Fe粉上的吸附。

类型Ⅲ的等温线呈凹型。常见于吸附作用甚弱的情况。

类型Ⅳ的等温线，其解释与类型Ⅱ相似，不同的是吸附剂含相当多的中孔，在一定的相对压力范围吸附质在中孔内的毛细管凝聚呈现饱和。例如在常温下苯蒸气在氧化铁凝胶或硅胶上的吸附。

类型Ⅴ与类型Ⅲ的区别正如类型Ⅳ与类型Ⅱ的区别一样，也是由于吸附剂含相当多的中孔产生了毛细管凝聚，在一定的相对压力范围内呈现饱和。

类型Ⅵ又叫阶梯型等温线，非极性的吸附质在物理、化学性质均匀的非多孔固体上吸附时常见。如把炭在2700℃以上进行石墨化处理后再吸附氮、氩、氪。这种阶梯型等温线是先形成__层二维有序的分子层后，再吸附第二层。吸附第二层显然受__层的影响，因此成为阶梯型。已吸附的分子发生相变化时也呈阶梯型，但只有一个台阶。发生Ⅵ型相互作用时，达到吸附平衡所需的时间长。形成结晶水时也出现明显的阶梯形状。

7、测量大孔分布有哪些方法?

这里所说的大孔是指孔径为零点几微米到几十微米的孔，负压下的压汞法测量虽说也可测到微米级，但不实用。一是误差大，二是环保条件差，三是压汞法测量的不完全是贯通孔，还包括盲孔。

目前要求测量大孔的材料大多数是各式过滤器、石油钻井岩心或土壤的土块样等，要求测量的是贯通孔的孔径大小，盲孔无意义，所以不希望测出。测量这种贯通孔的测量方法，早有研究并有许多：气泡法，液-液法，离心法，沉降天平法，电导法，反扩散法等(详见：胡荣泽等编著的《粉末颗粒和孔隙的测量》一书)。

8、什么是气泡法?

常见的多孔材料如陶瓷和金属过滤器，其孔分布范围通常在零点几个微米到几十个微米，气泡法正好适用这个范围的孔的测量，也是目前所有大孔测量方法中用的最多的，无论是理论上还是实验上都比较成熟。

气泡法的基本原理是：对预先用液体浸润过的多孔样品，借助加压的气体，把孔中的液体排出去，通过测量样品两端的气体压差和流经样品的气体流量，即可计算出孔分布曲线。

气泡法最早是1950年由苏联学者提出的，相继有德国、英国等学者研究，并推出仪器产品出售，用的都是图解法，不仅误差很大，而且概念上也有错误。1960年代末，我国钢铁研究总院开始自制设备进行有关过滤材料的孔分布测量，并由我国学者胡荣泽推导出严格的解析公式，不用图解，计算方便，到现在已有40多年。

9、粉体样品如何取样和缩分?

通常，样品分四类：生产样、粗样、实验室样和测量样。粗样重量为公斤级，其取样有特定的取样器。从容器中取样，该取样的容器数目如下表规定：

表1 取样容器数目