多孔質吸着剤は、その独特な多孔質構造と特性により、環境浄化、エネルギー貯蔵、触媒変換の分野で重要な役割を果たしています。多孔質吸着剤は通常、比表面積が高く、細孔分布が豊富なため、ガスまたは液体中の分子と効果的に相互作用できます。静的ガス吸着法を使用してBETや細孔分布などのパラメータを正確に特性評価すると、多孔質吸着剤の特性と吸着性能をより深く理解するのに役立ちます。  

 

多孔質吸着剤のBETと細孔分布 

 

多孔質吸着剤は、比表面積が大きく、細孔構造に富んだ材料で、物理的または化学的吸着により気体や液体中の分子を捕捉・固定することができます。無機多孔質吸着剤（活性炭、シリカゲルなど）、有機高分子吸着剤（イオン交換樹脂など）、配位高分子（MOFなど）、複合多孔質吸着剤など、多くの種類があります。

 

多孔質吸着剤の物理的特性を十分に理解することは、性能を最適化し、応用分野を拡大するために不可欠です。多孔質吸着剤業界におけるBET 表面積および多孔度測定分析装置の応用分野は、主に品質管理、新材料の研究開発、分離プロセスの最適化などです。比表面積と細孔分布を正確にテストすることで、多孔質吸着剤の性能をターゲットを絞って改善し、特定のアプリケーションのニーズを満たし、ターゲット分子の選択吸着を向上させることができます。 

 

要約すると、ガス吸着特性評価を通じて多孔質吸着剤の比表面積と細孔分布を分析することは、吸着容量、選択性、効率を評価するのに有益であり、新しい高効率吸着剤の開発を促進する上で大きな意義があります。 

 

MOF材料のガス吸着特性の評価

 

金属有機構造体材料（MOF）は、その高い多孔性、大きな比表面積、調整可能な構造、容易な機能化により、多くの注目を集めている新しいタイプの吸着材料となっています。官能基の修飾と細孔サイズの調整の相乗的な制御により、MOF材料のCO2_捕捉および分離性能はある程度向上します。 

 

UiO-66 は広く使用されている MOF 吸着剤で、ガス吸着、触媒反応、分子分離などの分野でよく使用されます。以下は、CIQTEK V -3220&3210 BET 表面積および多孔度測定装置を使用した UiO-66 材料の特性評価の事例です。

 

As shown on the left side of Figure 1, the specific surface area of UiO-66 is 1253.41 m²/g. A high specific surface area can provide more active sites, which is beneficial to improving its adsorption performance. It can be seen from the N₂-BET Isotherm Linear Plot ( (in Figure 1) that the adsorption amount has a sharp upward trend in the low partial pressure area (P/P₀<0.1), indicating that there is a certain amount of microporous structure in the material, reaching a certain relative pressure. A plateau appears in the final adsorption, and as the pressure increases, the adsorption isotherm continues to rise until adsorption saturation.

 

From the SF-Pore Distribution (Right in Figure 1), it can be concluded that the most probable pore diameter of this sample is 0.56 nm. By designing and regulating the specific surface area and pore structure of MOFs materials, the adsorption selectivity and separation effect can be further improved.

 

In addition to surface structure characterization (BET surface area, Pore Distribution, Pore Volume, etc.), gas adsorption techniques can be used to evaluate the storage capacity of porous adsorbents for various gases, such as CO₂, CH₄ and H₂ etc. under applied pressure and application temperature conditions.

 

The CIQTEK H-2210&2420 High Temperature Hydrogen Storage Gas Adsorption Analyzer can be used to detect the adsorption and separation capabilities of materials for H₂, CO₂, N₂, O₂, CH₄ and other gases under different temperatures and pressure environments. It can effectively characterize key adsorption and desorption gas properties such as material adsorption and desorption characteristics, amount and selectivity.

 

As shown in Figure 2, in order to study the adsorption performance of different materials on CO₂ gas, the adsorption of high-pressure CO₂ by two MOFs materials was tested at 25°C. The adsorption capacity of CO₂ by the two materials at 20 bar was 40.66 cm³/g and 84.71 cm³/g, desorption hysteresis was observed in both CO₂ isotherms, which was attributed to the structural changes of the MOFs material.

 

 

Characterization of specific surface area

and pore distribution of carbon nanomaterials

 

Carbon nanomaterials refer to carbon materials，include carbon aerogels, graphene, and CNT with at least one dimension of the dispersed phase smaller than 100 nm. They usually have high specific surface area, unique pore distribution, high conductivity and adjustable electronic structure. It has broad application prospects in the fields such as energy storage, conversion, catalysis and sensing.

 

The morphology and structure of carbon nanomaterials, especially basic parameters such as pore structure and specific surface area, determine their properties, functions and uses to a large extent. The CIQTEK V-Sorb X800 BET Surface Area & Porosimetry Analyzer was used to characterize the specific surface and pore distribution of carbon aerogel materials.

 

As shown on the left side of Figure 3, the specific surface area is calculated to be 1637.82 m²/g through the multi-point BET equation. Further analysis of N2-BET Isotherm Linear Plot (right in Figure 3) shows that it is a typical type I isotherm, and the adsorption amount increases rapidly in the low partial pressure area (P/P₀<0.1), indicating that the carbon aerogel contains rich microporous structure.

From the HK Pore  Distribution on the left side of Figure 4, it can be seen that the sample has a segmented nanopore structure, with concentrated pore distribution at 0.88nm, 1.31nm and 1.56nm. The pore size control method and performance of carbon nanomaterials can be preliminarily evaluated through pore size analysis. From the t-Plot (right of Figure 4), it can be concluded that the micropore volume of this sample is 0.63 ml/g, and the micropore area is 1627.51 m²/g, accounting for 99.37% of the total area. In-depth study of the specific surface area and influencing factors of carbon aerogels can provide a reference for its application and performance optimization.

 

 

Characterization of specific surface area

and pore distribution of activated carbon materials

 

Activated carbon is a porous carbon adsorbent that is widely used in the adsorption of gaseous or liquid phase pollutants, gas storage and catalyst carriers. Its adsorption performance is mainly affected by its physical parameters such as specific surface area, pore volume and distribution.

 

以下は、CIQTEK V- 3220&3210  BET 表面積および多孔度測定装置を使用した、さまざまな種類の活性炭材料の特性評価の例です。図 5 では、2 つの活性炭サンプルを真空状態で 300°C で 2 時間加熱してガス抜きした後、木質活性炭とココナッツ殻活性炭の比表面積がそれぞれ 951.81 m ² /g と 1393.75 m ² /g と測定されました。比表面積が大きいということは、ガスまたは液体分子を吸着できる活性部位が多いことを意味します。

等温線を分析すると（図6）、木質活性炭はI型とIV型の複合等温線であるのに対し、ココナッツ殻活性炭は主にI型等温線に属していることがわかります。ココナッツ殻活性炭は、低分圧領域でより高い吸着能力を持っています。

さらにNLDFT全細孔サイズ分析（図7）によると、木材活性炭の総細孔容積は0.55ml/g、細孔容積比は62.90％です。ココナッツ殻活性炭の総細孔容積は0.62ml/g、細孔容積比は89.13％で、ココナッツ殻活性炭はより高い細孔容積と比率を持ち、等温線分析結果と一致しています。さらに、細孔のサイズは活性炭が吸着できる分子の種類とサイズに直接影響し、細孔サイズ分布の均一性は吸着プロセスの効率と選択性に影響します。活性炭の比表面積や細孔サイズ分布などのパラメータを制御するために調製条件を正確に調整することで、特定のニーズに適した効率的な吸着剤を設計できます。