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环境吸附材料性能如何表征?有哪些检测手段
日期:2020-09-09

环境吸附材料的物化性质与其吸附性能和机理有密切关系,因此需要对吸附材料进行性能表征。吸附材料的物化性质包括颗粒大小、表面内部形貌特征、表面电性、材料的比表面积和孔分布、表面官能团种类及密度、材料组成及晶型等。

1、吸附材料的形貌

吸附材料的形貌特征可以通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)来直接观测。SEM能够显示材料的二维表面形貌;AFM能够观测到材料的三维立体表面结构;而TEM可以观测材料内部或表面的结构。

2、表面官能团种类和密度

吸附材料表面的官能团种类可以通过傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)等手段来判断。材料表面如含有多种官能团,每种官能团的定量分析较难,但可以通过酸碱滴定法测定酸性和碱性基团的总密度;如果吸附材料含有单一基团,可以通过滴定法测得密度,如果是离子基团,可以通过离子交换法测定基团密度。

3、表面电荷及密度

吸附材料的电性是判断静电作用力是否参与吸附过程的直接依据。根据特定官能团的pK8可以从理论上计算出材料表面电性,但材料含有多种基团时难以判断。常用酸碱滴定或夸电位分析来判断表面电性和电荷密度,电荷为零的溶液pH称为等电点或零电点,是最为关注的数值。

酸碱滴定法能够测定吸附剂的零电点(point of zero charge,PZC),而电位分析仪能测得吸附材料的等电点(isoelectronic point,IEP)。多孔材料通常采用滴定法测定,而无孔的粉末材料采用电位分析仪测定。无孔材料的IEP接近PZC,而多孔材料的IEP要小于PZC。

4、比表面积及孔分布

比表面积是多孔吸附材料的重要参数,多采用较为成熟的BET吸附法测得,单位通常用m2/g表示。多孔吸附材料的孔大小和体积分布也非常重要,其决定吸附质是否能够进入吸附材料内部以及影响吸附速率。在吸附大分子污染物时,要综合考虑多孔吸附材料的比表面积和孔大小分布的关系,保证污染物能在材料内部扩散。测定吸附材料比表面积和孔分布的仪器主要是由美国麦克(Micromeritics)和康塔(Quantachrome)公司生产。

5、晶形

吸附材料是否含有晶体结构经常会影响吸附性能,常用X射线衍射仪(XRD)分析材料是否含有晶体和无定型结构。通过比较晶体标准图谱,可以判定材料含有晶体的种类。在无机吸附材料的合成和吸附材料的改性处理中经常使用。

来源:邓述波,余刚.环境吸附材料及应用原理[M].科学出版社,2012.

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