[发明专利]利用吸液驱气法评价材料孔结构性能的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属化工材料领域，涉及到一种评价材料孔结构性能的方法及装置，特别是一种利用吸液驱气法评价中、微孔材料孔结构性能的方法及装置。

背景技术

多孔材料由于具有优良的吸附、渗透性能，已被广泛应用于食品、化工、医药、电子、航天航空等领域。多孔材料的吸附、渗透性能与其孔隙结构密切相关，因此，可通过测量材料孔隙结构参数(如平均孔径、孔径分布等)来评价其性能。

目前，最常用的测量和评价方法有分子探针法、气体吸附法、小角度X散射线法以及吸液动力学法等，这些方法各有利弊。

分子探针法是一种利用不同尺寸的分子在多孔材料上进行吸附，根据吸附量的差异来计算孔径分布的方法。这种方法适用于微孔材料，测量过程非常繁琐，受分子种类的限制，只能给出有限的孔径分布信息。

气体吸附法是一种依据单组分气体在多孔材料上的吸附等温线，根据一定方法计算孔径分布的方法。计算孔径分布的方法有多种，如早期的BJH、MP、HK和以Dubinin填充理论为基础的各种方法，以及最近几年围绕GAI展开的方法，这些方法的适用范围有明显的区别。BJH方法和MP模型忽略了微孔内势能叠加效应，仅适合描述中孔孔径分布；H-K模型考虑了微观势能叠加效应，在一定程度上能很好的描述微孔孔径分布，但是假设吸附质分子和吸附剂孔壁分子之间的相互作用在空间各个点上都是相同的具有局限性；以Dubinin填充理论为基础的各种方法考虑了微观势能叠加效应，在一定程度上能很好的描述微孔孔径分布，因在低压下，DR方程和Henry定律不一致，因此缺乏足够的理论依据，不能正确反映低压下的吸附，且该类方法要受孔径分布函数形式的限制；围绕GAI方程展开的DFT和GCMC模拟的方法克服了这方面的缺点，也被用于确定微孔介质的孔径分布，这两种方法被认为是最有效的方法，但其有效性却还需要更多的实验结果来证明。气体吸附法除上述局限外，还存在所需仪器价格昂贵、测试条件苛刻、测试时间长的问题。

小角度X射线法将平行的单能量X射线束或中子束打到样品上并在小角度下散射，绘出散射强度I作为散射波矢量q的函数图线。散射函数I(q)取决于样品的内部结构，每种具有等尺寸球形孔隙作任意分布的多孔体都会产生1个特性函数。假定这样一种简单的模型，就可以得出孔隙半径或孔隙尺寸的分布状态。但由于X射线强度、探测设备等方面因素的限制，小角度X射线法的应用有较大局限。

吸液动力学法是一种利用液体在多孔材料中的毛细自然渗吸现象，结合液体在毛细孔内的运动方程，测量材料孔隙结构参数和评价其性能的方法。测量方法包括以下两种，一种测量吸液量随时间的变化速率(Trong Dang-Vu，et al.Characterization of porous materials by capillary rise method.Physicochemical Problems of Mineral Processing，2005，39：47-65.)；另一种测量吸液高度随时间的变化速率(E.P.Ka-logianni，et al.A dynamic wicking technique for determining the effective pore radius of pregelatinized starch sheets.Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2004，35：159-167)。因为所用的设备简单、所得结论可靠，已广泛应用于混凝土、土壤等材料孔隙结构的测量和性能的评价，被认为是有前途的方法。吸液动力学法采用液体在毛细孔内的运动方程，没有考虑微孔中的液体流动情况的变化，所以不适用于微孔材料，仅适用于中、大孔材料。当微孔孔径减小时，吸液量减小，测量的精度也下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据气体在纳米受限空间内密度变大的特性，利用材料的自然吸液驱气现象，简单、准确、快速地测量中、微孔材料的吸液驱气曲线的方法及装置，为评价材料的孔隙结构性能提供基础数据。