技術分享：比表面積及孔徑分析儀在多孔吸附劑表征中的應用
多孔吸附劑因其豐富的多孔結構、較高的比表面積和優異的吸附性能，在環境凈化、能源存儲和催化轉化等領域扮演著重要角色。比表面積及孔徑分布作為表征多孔吸附劑性能的關鍵指標，其精準測量一直是材料研發與工業質控的核心需求。本文將結合國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀的實際測試案例，詳細闡述SiCOPE 40微孔分析儀在多孔吸附劑表征中的應用價值與技術優勢，為多孔吸附劑的精準表征提供可靠的解決方案。
01 多孔吸附劑的比表面積及孔徑分布表征的技術需求
多孔吸附劑是一類具有高比表面積和豐富孔隙結構的材料，能夠通過物理或化學吸附捕獲并固定氣體或液體中的分子，包括無機多孔吸附劑（活性炭等）、配位聚合物（MOFs等）以及復合多孔吸附劑等。多孔吸附劑的吸附能力、吸附選擇性以及效率等核心性能，均與材料的比表面積（決定吸附位點數量）和孔徑分布（影響吸附質擴散速率與選擇性）相關[1]。
比表面積及孔徑分析儀在多孔吸附劑中的應用方向主要包括質量控制、研發新材料、優化吸附分離工藝等。然而在實際表征過程中傳統分析儀普遍面臨一些技術難題：低相對壓力（P/P0 < 0.01）下測量精度不足、氦氣前置標定帶來的氦氣殘留計算偏差、對空氣敏感材料的預處理污染以及分析效率低下等問題。
針對這些挑戰，國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀通過高精度壓力控制、零氦測試技術、靈活預處理方案及多模型數據分析，提供從樣品預處理到數據處理的全流程解決方案，以下結合實際測試案例進行具體說明。
02 SiCOPE 40微孔分析儀在多孔吸附劑表征中的應用案例
1、MOFs材料的比表面積和孔徑分布表征
金屬有機框架材料（MOFs）憑借其高比表面積、可調節的孔結構和易于功能化等特點，成為了備受關注的新型多孔吸附劑。通過官能團修飾和孔徑尺寸調節的協同調控作用，可以一定程度提升MOFs材料對氣體捕獲和分離性能[2]。UiO-66是一種應用較多的MOFs吸附劑，常用于氣體吸附、催化反應和分子分離等領域。對于UiO-66這類具有超微孔且比表面積巨大的材料，在傳統物理吸附分析中，氦氣分子在標定過程中可能被捕獲在微孔中，影響“死體積”和氮氣吸附量計算，導致比表面積和孔容的計算結果失真，尤其是對微孔區的表征影響最為顯著。
SiCOPE 40微孔分析儀采用的He-Free自動后標定技術，摒棄了先通氦氣標定再測試的傳統流程，而是先進行氮氣吸附實驗，在獲得完整的吸附-脫附等溫線后，再自動進行后標定測試，從根本上消除了因氦氣滯留微孔所導致的測量誤差。以下是采用國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀對UiO-66材料的表征案例。如圖1所示，該UiO-66的比表面積為1259.44 m2/g，高比表面積可以提供更多的活性點位，有利于提高其吸附性能。從N2-吸脫附等溫線（圖2）可知，在低分壓區（P/P0＜0.1）吸附量存在急劇上升的趨勢，表明材料具有豐富的微孔結構。基于無氦氣干擾的吸附數據，通過NLDFT（非定域密度函數理論）孔徑分布圖可進一步分析樣品的孔徑分布，支持自動生成 “微孔-介孔-大孔”的孔容占比分析，無需手動計算，提升數據分析效率。SiCOPE 40微孔分析儀的He-Free自動后標定技術在此類MOFs材料分析中展現出明顯優勢，消除了傳統測試因氦氣殘留導致的計算偏差，確保了比表面積和孔徑表征數據的準確性。
圖1 UiO-66的比表面積測試結果
圖2 UiO-66的N2-吸脫附等溫線
圖3 UiO-66的NLDFT孔徑分布圖
2、活性炭材料的比表面積和孔徑分布表征
活性炭是一種多孔碳質吸附劑，椰殼活性炭作為常用的微孔吸附劑，在VOCs吸附、水質凈化等場景中應用廣泛，椰殼活性炭孔徑的大小直接影響能夠吸附的分子類型和大小，而孔徑分布的均勻性則影響吸附過程的效率和選擇性。在傳統微孔表征中，因從樣品預處理轉移到測試過程中空氣暴露導致的預吸附會嚴重扭曲分析結果。而SiCOPE 40微孔分析儀提供原位與異位雙預處理方案，適配不同類型樣品的預處理需求，此外還配備空氣隔離塞與真空隔離塞可以從根源上解決這一問題。
以下是采用國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀對椰殼活性炭材料的表征案例。測試過程中使用空氣隔離塞/真空隔離塞，將樣品在回填保護氣/真空狀態下從脫氣站轉移至分析口，從脫氣、轉移到測試全程阻斷外部干擾，解決了傳統設備因空氣污染導致的測試偏差問題，為超微孔材料的精準表征提供了關鍵保障。圖4為椰殼活性炭的比表面積測試結果1377.10 m2/g。通過分析等溫線（圖5）可知，椰殼活性炭主要屬于Ⅰ類等溫線。進一步采用NLDFT全孔徑分析（圖6），椰殼活性炭的總孔體積為0.58 ml/g，微孔體積占比89.96%。此外，在報告處理環節，SiCOPE 40 微孔分析儀同樣展現優勢，交互式數據分析界面支持拖拽數據擬合計算，可實時呈現比表面積、孔徑分布曲線等關鍵參數，同時兼具“BET 一鍵智能選點”功能可自動識別微孔材料的BET線性區間，解決了傳統設備中微孔材料BET段前移的選點難題，無需人工干預即可自動選取合適的BET選點范圍，避免人工選點偏差。
圖4 椰殼活性炭的比表面積結果
圖5 椰殼活性炭的N2-吸脫附等溫線
參考文獻：
1.吳凡,張明美,趙磊,等. 用于VOCs吸附的多孔材料的研究進展[J]. 化工環保, 2023, 43 (06): 757-766.
2.趙杰,劉森,殷齊康,等. 三角形MOF孔道中CO2捕獲分離：孔徑尺寸和官能團數量的影響 [J]. 化工新型材料, 2024, 52 (S1): 223-228+235.
比表面積及孔徑推薦設備 國儀量子Sicope40 介紹： 
01 多孔吸附劑的比表面積及孔徑分布表征的技術需求
多孔吸附劑是一類具有高比表面積和豐富孔隙結構的材料，能夠通過物理或化學吸附捕獲并固定氣體或液體中的分子，包括無機多孔吸附劑（活性炭等）、配位聚合物（MOFs等）以及復合多孔吸附劑等。多孔吸附劑的吸附能力、吸附選擇性以及效率等核心性能，均與材料的比表面積（決定吸附位點數量）和孔徑分布（影響吸附質擴散速率與選擇性）相關[1]。
比表面積及孔徑分析儀在多孔吸附劑中的應用方向主要包括質量控制、研發新材料、優化吸附分離工藝等。然而在實際表征過程中傳統分析儀普遍面臨一些技術難題：低相對壓力（P/P0 < 0.01）下測量精度不足、氦氣前置標定帶來的氦氣殘留計算偏差、對空氣敏感材料的預處理污染以及分析效率低下等問題。
針對這些挑戰，國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀通過高精度壓力控制、零氦測試技術、靈活預處理方案及多模型數據分析，提供從樣品預處理到數據處理的全流程解決方案，以下結合實際測試案例進行具體說明。
02 SiCOPE 40微孔分析儀在多孔吸附劑表征中的應用案例
1、MOFs材料的比表面積和孔徑分布表征
金屬有機框架材料（MOFs）憑借其高比表面積、可調節的孔結構和易于功能化等特點，成為了備受關注的新型多孔吸附劑。通過官能團修飾和孔徑尺寸調節的協同調控作用，可以一定程度提升MOFs材料對氣體捕獲和分離性能[2]。UiO-66是一種應用較多的MOFs吸附劑，常用于氣體吸附、催化反應和分子分離等領域。對于UiO-66這類具有超微孔且比表面積巨大的材料，在傳統物理吸附分析中，氦氣分子在標定過程中可能被捕獲在微孔中，影響“死體積”和氮氣吸附量計算，導致比表面積和孔容的計算結果失真，尤其是對微孔區的表征影響最為顯著。
SiCOPE 40微孔分析儀采用的He-Free自動后標定技術，摒棄了先通氦氣標定再測試的傳統流程，而是先進行氮氣吸附實驗，在獲得完整的吸附-脫附等溫線后，再自動進行后標定測試，從根本上消除了因氦氣滯留微孔所導致的測量誤差。以下是采用國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀對UiO-66材料的表征案例。如圖1所示，該UiO-66的比表面積為1259.44 m2/g，高比表面積可以提供更多的活性點位，有利于提高其吸附性能。從N2-吸脫附等溫線（圖2）可知，在低分壓區（P/P0＜0.1）吸附量存在急劇上升的趨勢，表明材料具有豐富的微孔結構。基于無氦氣干擾的吸附數據，通過NLDFT（非定域密度函數理論）孔徑分布圖可進一步分析樣品的孔徑分布，支持自動生成 “微孔-介孔-大孔”的孔容占比分析，無需手動計算，提升數據分析效率。SiCOPE 40微孔分析儀的He-Free自動后標定技術在此類MOFs材料分析中展現出明顯優勢，消除了傳統測試因氦氣殘留導致的計算偏差，確保了比表面積和孔徑表征數據的準確性。
圖1 UiO-66的比表面積測試結果
圖2 UiO-66的N2-吸脫附等溫線
圖3 UiO-66的NLDFT孔徑分布圖
2、活性炭材料的比表面積和孔徑分布表征
活性炭是一種多孔碳質吸附劑，椰殼活性炭作為常用的微孔吸附劑，在VOCs吸附、水質凈化等場景中應用廣泛，椰殼活性炭孔徑的大小直接影響能夠吸附的分子類型和大小，而孔徑分布的均勻性則影響吸附過程的效率和選擇性。在傳統微孔表征中，因從樣品預處理轉移到測試過程中空氣暴露導致的預吸附會嚴重扭曲分析結果。而SiCOPE 40微孔分析儀提供原位與異位雙預處理方案，適配不同類型樣品的預處理需求，此外還配備空氣隔離塞與真空隔離塞可以從根源上解決這一問題。
以下是采用國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀對椰殼活性炭材料的表征案例。測試過程中使用空氣隔離塞/真空隔離塞，將樣品在回填保護氣/真空狀態下從脫氣站轉移至分析口，從脫氣、轉移到測試全程阻斷外部干擾，解決了傳統設備因空氣污染導致的測試偏差問題，為超微孔材料的精準表征提供了關鍵保障。圖4為椰殼活性炭的比表面積測試結果1377.10 m2/g。通過分析等溫線（圖5）可知，椰殼活性炭主要屬于Ⅰ類等溫線。進一步采用NLDFT全孔徑分析（圖6），椰殼活性炭的總孔體積為0.58 ml/g，微孔體積占比89.96%。此外，在報告處理環節，SiCOPE 40 微孔分析儀同樣展現優勢，交互式數據分析界面支持拖拽數據擬合計算，可實時呈現比表面積、孔徑分布曲線等關鍵參數，同時兼具“BET 一鍵智能選點”功能可自動識別微孔材料的BET線性區間，解決了傳統設備中微孔材料BET段前移的選點難題，無需人工干預即可自動選取合適的BET選點范圍，避免人工選點偏差。
圖4 椰殼活性炭的比表面積結果
圖5 椰殼活性炭的N2-吸脫附等溫線
圖6 椰殼活性炭的NLDFT-孔徑分布圖
參考文獻：
1.吳凡,張明美,趙磊,等. 用于VOCs吸附的多孔材料的研究進展[J]. 化工環保, 2023, 43 (06): 757-766.
2.趙杰,劉森,殷齊康,等. 三角形MOF孔道中CO2捕獲分離：孔徑尺寸和官能團數量的影響 [J]. 化工新型材料, 2024, 52 (S1): 223-228+235.
比表面積及孔徑推薦設備 國儀量子Sicope40 介紹：
- 測試通量：4站并行測試
- 測試氣體：N2、Ar、CO2、H2等其他非腐蝕性氣體
- 測試范圍：比表面積：0.0005 m2/g及以上；
- 孔徑：0.35-500 nm孔徑精準分析；
- 總孔體積：0.0001 cc/g及以上
- 誤差率：定量誤差<0.5%RSD（以標準樣品BET值計)
- 重現性：定量誤差<0.5%RSD
- 最可幾孔徑重復偏差≤0.02 nm
- 分壓范圍：10-8~ 0.999
- 脫氣處理：4站原位脫氣；并配置獨立樣品預處理設備，獨立6組控溫
- 控溫范圍：室溫~400 ℃，控溫精度：±0.1 ℃
- 分析模型：BET比表面積、Langmuir表面積、t-plot分析、BJH、HK、DR/DA、NLDFT孔徑分布
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