多孔吸附劑是一類(lèi)具有高比表面積和豐富孔隙結構的材料，能夠通過(guò)物理或化學(xué)吸附捕獲并固定氣體或液體中的分子，包括無(wú)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(diǎn)數量）和孔徑分布（影響吸附質(zhì)擴散速率與選擇性）相關(guān)^[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(zhì)量控制、研發(fā)新材料、優(yōu)化吸附分離工藝等。然而在實(shí)際表征過(guò)程中傳統分析儀普遍面臨一些技術(shù)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(lái)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(wèn)題。

針對這些挑戰，國儀量子SiCOPE 40微孔分析儀通過(guò)高精度壓力控制、零氦測試技術(shù)、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(shí)際測試案例進(jìn)行具體說(shuō)明。

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(diǎn)，成為了備受關(guān)注的新型多孔吸附劑。通過(guò)官能團修飾和孔徑尺寸調節的協(xié)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(lǐng)域。對于UiO-66這類(lèi)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(guò)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(zhù)。

SiCOPE 40微孔分析儀采用的He-Free自動(dòng)后標定技術(shù)，摒棄了先通氦氣標定再測試的傳統流程，而是先進(jìn)行氮氣吸附實(shí)驗，在獲得完整的吸附-脫附等溫線(xiàn)后，再自動(dòng)進(jìn)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(diǎn)位，有利于提高其吸附性能。從N₂-吸脫附等溫線(xiàn)（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?；跓o(wú)氦氣干擾的吸附數據，通過(guò)NLDFT（非定域密度函數理論）孔徑分布圖可進(jìn)一步分析樣品的孔徑分布，支持自動(dòng)生成 “微孔-介孔-大孔"的孔容占比分析，無(wú)需手動(dòng)計算，提升數據分析效率。SiCOPE 40微孔分析儀的He-Free自動(dòng)后標定技術(shù)在此類(lèi)MOFs材料分析中展現出明顯優(yōu)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(xiàn)

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(zhì)吸附劑，椰殼活性炭作為常用的微孔吸附劑，在VOCs吸附、水質(zhì)凈化等場(chǎng)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(lèi)型和大小，而孔徑分布的均勻性則影響吸附過(guò)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(guò)程中空氣暴露導致的預吸附會(huì )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(lèi)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(wèn)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(guò)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(tài)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(wèn)題，為超微孔材料的精準表征提供了關(guān)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(guò)分析等溫線(xiàn)（圖5）可知，椰殼活性炭主要屬于Ⅰ類(lèi)等溫線(xiàn)。進(jìn)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(huán)節，SiCOPE 40 微孔分析儀同樣展現優(yōu)勢，交互式數據分析界面支持拖拽數據擬合計算，可實(shí)時(shí)呈現比表面積、孔徑分布曲線(xiàn)等關(guān)鍵參數，同時(shí)兼具“BET 一鍵智能選點(diǎn)"功能可自動(dòng)識別微孔材料的BET線(xiàn)性區間，解決了傳統設備中微孔材料BET段前移的選點(diǎn)難題，無(wú)需人工干預即可自動(dòng)選取合適的BET選點(diǎn)范圍，避免人工選點(diǎn)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(xiàn)

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(jìn)展[J]. 化工環(huán)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：