粉體與多孔固體材料的吸附：原理、方法及應(yīng)用

第1章緒言
1.1　吸附的重要性　　/ 1
1.2　吸附的歷史　　/ 1
1.3　定義及術(shù)語(yǔ)　　/ 5
1.4　物理吸附和化學(xué)吸附　　/ 9
1.5　吸附等溫線(xiàn)的類(lèi)型　　/ 9
1.5.1　氣體物理等溫線(xiàn)分類(lèi)　　/ 9
1.5.2　氣體的化學(xué)吸附　　/ 12
1.5.3　溶液的吸附　　/ 12
1.6　物理吸附能和分子模擬　　/ 12
1.7　擴(kuò)散吸附　　/ 17
參考文獻(xiàn)　　/ 18

第2章氣/固界面的吸附熱力學(xué)
2.1　引言　　/ 21
2.2　單一氣體吸附的定量表示　　/ 22
2.2.1　壓力不超過(guò)100kPa時(shí)的吸附　　/ 22
2.2.2　壓力超過(guò)100kPa及更高時(shí)的吸附　　/ 25
2.3　吸附的熱力學(xué)勢(shì)　　/ 28
2.4　Gibbs表示中與吸附態(tài)有關(guān)的熱力學(xué)量　　/ 32
2.4.1　摩爾表面過(guò)剩量的定義　　/ 32
2.4.2　微分表面過(guò)剩量的定義　　/ 33
2.5　吸附過(guò)程中的熱力學(xué)量　　/ 34
2.5.1　微分吸附量的定義　　/ 34
2.5.2　積分摩爾吸附量的定義　　/ 36
2.5.3　微分和積分摩爾吸附量的優(yōu)點(diǎn)及局限性　　/ 36
2.5.4　積分摩爾吸附量的評(píng)估　　/ 37
2.6　從一系列實(shí)驗(yàn)物理吸附等溫線(xiàn)間接推導(dǎo)吸附量：等比容法　　/ 38
2.6.1　微分吸附量　　/ 38
2.6.2　積分摩爾吸附量　　/ 40
2.7　由量熱數(shù)據(jù)推導(dǎo)吸附量　　/ 41
2.7.1　非連續(xù)過(guò)程　　/ 41
2.7.2　連續(xù)過(guò)程　　/ 42
2.8　測(cè)定微分吸附焓的其他方法　　/ 43
2.8.1　浸潤(rùn)式量熱法　　/ 43
2.8.2　色譜法　　/ 44
2.9　高壓狀態(tài)方程：?jiǎn)我粴怏w和混合氣體　　/ 44
2.9.1　純氣體情況下　　/ 44
2.9.2　混合氣體情況下　　/ 46
參考文獻(xiàn)　　/ 47

第3章氣體吸附法
3.1　引言　　/ 49
3.2　表面過(guò)剩量（及吸附量）的測(cè)定　　/ 50
3.2.1　氣體吸附測(cè)壓法（僅測(cè)量壓力）　　/ 50
3.2.2　重量法氣體吸附（測(cè)量質(zhì)量和壓力）　　/ 56
3.2.3　流量控制或監(jiān)測(cè)條件下的氣體吸附　　/ 59
3.2.4　氣體共吸附　　/ 62
3.2.5　校準(zhǔn)方法和修正　　/ 63
3.2.6　其他關(guān)鍵方面　　/ 71
3.3　氣體吸附量熱法　　/ 73
3.3.1　可用設(shè)備　　/ 73
3.3.2　量熱程序　　/ 77
3.4　吸附劑脫氣　　/ 79
3.4.1　脫氣目標(biāo)　　/ 79
3.4.2　傳統(tǒng)真空脫氣　　/ 79
3.4.3　CRTA控制的真空脫氣　　/ 81
3.4.4　載氣脫氣　　/ 82
3.5　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)　　/ 83
參考文獻(xiàn)　　/ 84

第4章固/液界面的吸附：熱力學(xué)和方法學(xué)
4.1　引言　　/ 87
4.2　純液體中固體浸潤(rùn)的能量　　/ 88
4.2.1　熱力學(xué)背景　　/ 88
4.2.2　純液體中浸潤(rùn)式微量熱法實(shí)驗(yàn)技術(shù)　　/ 96
4.2.3　純液體浸潤(rùn)式微量熱法的應(yīng)用　　/ 101
4.3　液體溶液中的吸附　　/ 110
4.3.1　二元溶液吸附量的定量表達(dá)　　/ 111
4.3.2　溶液吸附中能量的定量表示　　/ 117
4.3.3　研究溶液吸附的基本實(shí)驗(yàn)方法　　/ 119
4.3.4　溶液吸附的應(yīng)用　　/ 126
參考文獻(xiàn)　　/ 130

第5章氣/固界面上物理吸附等溫線(xiàn)的經(jīng)典闡述
5.1　引言　　/ 135
5.2　純氣體的吸附　　/ 135
5.2.1　與吉布斯吸附方程相關(guān)的方程：在可用表面上或微孔中的吸附相的描述　　/ 135
5.2.2　Langmuir理論　　/ 139
5.2.3　多層吸附　　/ 141
5.2.4　Dubinin-Stoeckli理論：微孔填充　　/ 148
5.2.5　Ⅵ 型等溫線(xiàn)：物理吸附層的相變　　/ 150
5.2.6　經(jīng)驗(yàn)等溫方程　　/ 153
5.3　混合氣體的吸附　　/ 155
5.3.1　擴(kuò)展的Langmuir模型　　/ 155
5.3.2　理想吸附溶液理論　　/ 157
5.4　結(jié)論　　/ 158
參考文獻(xiàn)　　/ 158

第6章模擬多孔固體物理吸附
6.1　引言　　/ 162
6.2　多孔固體的微觀(guān)描述　　/ 163
6.2.1　結(jié)晶材料　　/ 163
6.2.2　非結(jié)晶材料　　/ 164
6.3　分子間勢(shì)能函數(shù)　　/ 165
6.3.1　吸附質(zhì)/吸附劑相互作用的一般表達(dá)　　/ 165
6.3.2 “簡(jiǎn)單”吸附質(zhì)/吸附劑體系的常用策略　　/ 167
6.3.3　更“復(fù)雜”的吸附質(zhì)/吸附劑體系示例　　/ 168
6.4　表征計(jì)算工具　　/ 170
6.4.1　引言　　/ 170
6.4.2　可接觸的比表面積　　/ 170
6.4.3　孔體積/PSD　　/ 173
6.5　模擬多孔固體物理吸附　　/ 174
6.5.1　GCMC模擬　　/ 174
6.5.2　量子化學(xué)計(jì)算　　/ 186
6.6　模擬多孔固體中擴(kuò)散　　/ 190
6.6.1　基本原理　　/ 190
6.6.2　單組分?jǐn)U散　　/ 192
6.6.3　混合氣體擴(kuò)散　　/ 195
6.7　結(jié)論與未來(lái)挑戰(zhàn)　　/ 196
參考文獻(xiàn)　　/ 197

第7章通過(guò)氣體吸附測(cè)定表面積
7.1　引言　　/ 201
7.2　BET方法　　/ 202
7.2.1　簡(jiǎn)介　　/ 202
7.2.2　BET圖　　/ 203
7.2.3　BET單層吸附量的有效性　　/ 205
7.2.4　無(wú)孔和介孔吸附劑的BET面積　　/ 207
7.2.5　微孔固體的BET吸附面積　　/ 211
7.2.6　BET面積的一些應(yīng)用　　/ 213
7.3　等溫線(xiàn)分析的經(jīng)驗(yàn)方法　　/ 214
7.3.1　標(biāo)準(zhǔn)吸附等溫線(xiàn)　　/ 214
7.3.2　t方法　　/ 215
7.3.3　as方法　　/ 216
7.3.4　對(duì)比圖　　/ 218
7.4　分形方法　　/ 219
7.5　結(jié)論和建議　　/ 222
參考文獻(xiàn)　　/ 223

第8章介孔的測(cè)定
8.1　引言　　/ 228
8.2　介孔體積、孔隙率和平均孔徑　　/ 229
8.2.1　介孔體積　　/ 229
8.2.2　孔隙率　　/ 230
8.2.3　液壓半徑和平均孔徑　　/ 230
8.3　毛細(xì)凝聚和Kelvin方程　　/ 231
8.3.1　Kelvin方程的推導(dǎo)　　/ 231
8.3.2　開(kāi)爾文方程的應(yīng)用　　/ 233
8.4　介孔尺寸分布的經(jīng)典計(jì)算　　/ 235
8.4.1　基本原則　　/ 235
8.4.2　計(jì)算過(guò)程　　/ 236
8.4.3　多層吸附厚度　　/ 239
8.4.4　Kelvin方程的有效性　　/ 240
8.5　介孔尺寸分布的DFT計(jì)算　　/ 241
8.5.1　基本原則　　/ 241
8.5.2　77K下的氮?dú)馕健　? 244
8.5.3　87K下氬氣吸附　　/ 245
8.6　回滯環(huán)　　/ 246
8.7　結(jié)論和建議　　/ 252
參考文獻(xiàn)　　/ 252

第9章微孔評(píng)估
9.1　引言　　/ 257
9.2　氣體物理吸附等溫線(xiàn)分析　　/ 259
9.2.1　經(jīng)驗(yàn)法　　/ 259
9.2.2 Dubinin-Radushkevich-Stoeckli法　　/ 260
9.2.3 Horvath-Kawazoe（HK）法　/ 262
9.2.4　密度泛函理論　　/ 263
9.2.5　壬烷預(yù)吸附法　　/ 264
9.2.6　吸附物和溫度的選擇　　/ 266
9.3　微量熱法　　/ 267
9.3.1　浸沒(méi)微量熱法　　/ 267
9.3.2　氣體吸附微量熱法　　/ 269
9.4　結(jié)論和建議　　/ 269
參考文獻(xiàn)　　/ 270

第10章活性炭吸附
10.1　引言　　/ 273
10.2　活性炭：制備、性質(zhì)和應(yīng)用　　/ 274
10.2.1　石墨　　/ 274
10.2.2　富勒烯和納米管　　/ 276
10.2.3　炭黑　　/ 278
10.2.4　活性炭　　/ 280
10.2.5　超活性炭　　/ 283
10.2.6　碳分子篩　　/ 284
10.2.7　ACFs和碳布　　/ 285
10.2.8　整體材料　　/ 286
10.2.9　碳?xì)饽z和OMCs　　/ 287
10.3　無(wú)孔碳的氣體物理吸附　　/ 288
10.3.1　氮?dú)夂投趸荚谔亢谏系奈健　? 288
10.3.2　稀有氣體吸附　　/ 292
10.3.3　有機(jī)蒸氣吸附　　/ 295
10.4　多孔碳?xì)怏w物理吸附　　/ 297
10.4.1　氬氣、氮?dú)夂投趸嘉健　? 297
10.4.2　有機(jī)蒸氣吸附　　/ 306
10.4.3　水蒸氣吸附　　/ 311
10.4.4　氦氣吸附　　/ 316
10.5　碳-液界面處的吸附　　/ 318
10.5.1　浸潤(rùn)式量熱儀　　/ 318
10.5.2　溶液中的吸附　　/ 320
10.6　LPH和吸附劑變形　　/ 322
10.6.1　背景介紹　　/ 322
10.6.2　激活入口　　/ 322
10.6.3　低壓滯后　　/ 323
10.6.4　擴(kuò)張和收縮　　/ 324
10.7　活性炭表征：結(jié)論和建議　　/ 324
參考文獻(xiàn)　　/ 325

第11章金屬氧化物吸附
11.1　引言　　/ 335
11.2　二氧化硅　　/ 335
11.2.1　熱解二氧化硅和結(jié)晶二氧化硅　　/ 335
11.2.2 沉淀二氧化硅　　/ 342
11.2.3 硅膠　　/ 344
11.3　氧化鋁：結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和物理吸附　　/ 352
11.3.1　活性氧化鋁的介紹　　/ 352
11.3.2　原材料　　/ 353
11.3.3　水合氧化鋁的熱分解　　/ 356
11.3.4　活性氧化鋁的合成　　/ 361
11.4　二氧化鈦粉末和凝膠　　/ 364
11.4.1　二氧化鈦顏料　　/ 364
11.4.2　金紅石：表面化學(xué)和氣體吸附　　/ 365
11.4.3　二氧化鈦凝膠的孔隙率　　/ 370
11.5　氧化鎂　　/ 372
11.5.1　非極性氣體在無(wú)孔MgO上的物理吸附　　/ 372
11.5.2　多孔形式MgO的物理吸附　　/ 374
11.6　其他氧化物　　/ 377
11.6.1　氧化鉻凝膠　　/ 377
11.6.2　氧化鐵：FeOOH的熱分解　　/ 379
11.6.3　微晶氧化鋅　　/ 381
11.6.4　水合氧化鋯凝膠　　/ 382
11.6.5　氧化鈹　　/ 385
11.6.6　二氧化鈾　　/ 386
11.7　金屬氧化物吸附性質(zhì)的應(yīng)用　　/ 388
11.7.1　作為氣體吸附劑、干燥劑的應(yīng)用　　/ 388
11.7.2 作為氣體傳感器的應(yīng)用　　/ 389
11.7.3 作為催化劑和催化劑載體的應(yīng)用　　/ 389
11.7.4 顏料和填料應(yīng)用　　/ 390
11.7.5 在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用　　/ 390
參考文獻(xiàn)　　/ 390

第12章黏土、柱撐黏土、沸石和磷酸鋁的吸附
12.1　引言　　/ 397
12.2　結(jié)構(gòu)、形貌和層狀硅酸鹽吸附劑的性質(zhì)　　/ 398
12.2.1　結(jié)構(gòu)和層狀硅酸鹽的形貌　　/ 398
12.2.2　層狀硅酸鹽的氣體物理吸附　　/ 402
12.3　柱撐黏土（PILC）：結(jié)構(gòu)和屬性　　/ 411
12.3.1　柱撐黏土的形成和屬性　　/ 411
12.3.2 柱撐黏土對(duì)氣體的物理吸附　　/ 412
12.4　沸石：合成、孔隙結(jié)構(gòu)和分子篩性質(zhì)　　/ 415
12.4.1　沸石的結(jié)構(gòu)、合成和形貌　　/ 415
12.4.2　分子篩沸石吸附劑性質(zhì)　　/ 419
12.5　磷酸鹽分子篩：背景和吸附劑的性質(zhì)　　/ 430
12.5.1　磷酸鹽分子篩的背景　　/ 430
12.5.2 鋁磷酸鹽分子篩吸附劑的性質(zhì)　　/ 432
12.6　黏土、沸石和磷酸鹽基底的分子篩的應(yīng)用　　/ 438
12.6.1　黏土的應(yīng)用　　/ 438
12.6.2　沸石的應(yīng)用　　/ 439
12.6.3 磷酸鹽分子篩的應(yīng)用　　/ 441
參考文獻(xiàn)　　/ 441

第13章有序介孔材料的吸附
13.1　引言　　/ 448
13.2　有序介孔二氧化硅　　/ 449
13.2.1　M41S系列　　/ 449
13.2.2　SBA系列　　/ 459
13.2.3　大孔的有序介孔二氧化硅　　/ 463
13.3　表面功能化對(duì)吸附性質(zhì)的影響　　/ 466
13.3.1　金屬氧化物結(jié)合到壁中　　/ 466
13.3.2 金屬納米粒子封裝到孔中　　/ 469
13.3.3　表面嫁接有機(jī)配體　　/ 470
13.4　有序的有機(jī)硅材料　　/ 472
13.5　復(fù)制材料　　/ 473
13.6　結(jié)束語(yǔ)　　/ 475
參考文獻(xiàn)　　/ 475

第14章金屬有機(jī)框架材料（MOFs）的吸附
14.1　引言　　/ 480
14.2　MOFs的BET比表面積評(píng)估及意義　　/ 482
14.2.1　BET比表面積的評(píng)估　　/ 482
14.2.2　BET比表面積的意義　　/ 485
14.3　改變有機(jī)配體性質(zhì)的影響　　/ 486
14.3.1　改變配體長(zhǎng)度　　/ 486
14.3.2　將配體功能化　　/ 490
14.4　改變金屬中心的影響　　/ 491
14.5　改變其他表面位點(diǎn)性質(zhì)的影響　　/ 497
14.6　非框架物質(zhì)的影響　　/ 501
14.7　柔性MOF材料的特殊例子　　/ 503
14.7.1　MIL-53（Al，Cr）　　/ 505
14.7.2　MIL-53（Fe）　　/ 508
14.7.3　Co（BDP）　　/ 510
14.8　MOF材料的應(yīng)用　　/ 512
14.8.1　氣體存儲(chǔ)　　/ 513
14.8.2　氣體分離與純化　　/ 513
14.8.3　催化　　/ 514
14.8.4　藥物緩釋　　/ 514
14.8.5　傳感器　　/ 515
14.8.6　與其他吸附劑的比較　　/ 515
參考文獻(xiàn)　　/ 515

索引　　/ 521