多孔材料的比表面積被定義為空隙的空隙表面積并且或者每單位質量(孔小號)或每單位總體積(小號V)多孔材料的(圖2-16)。基于固體體積上的比表面積表示為小號ó。
比表面積
圖 2-16:比表面積
例如,由半徑為 R 的相同球體制成的立方體填料的多孔材料的比表面積為:
具有相同球面方程的多孔材料的比表面積
因此很明顯,細材料將比粗材料表現出大得多的比表面積。一些細孔材料包含巨大的比表面積。例如,砂巖的比面積可以在1500cm 2 /cm 3 的數量級。Carman (1938) 給出了沙子比表面積的范圍為 1.5 x 10 2 – 2.2 x 10 2 (1/cm)。
多孔材料的比表面積受孔隙率、堆積方式、粒度和顆粒形狀的影響。例如,圓盤形顆粒比球形顆粒具有更大的比表面積。
比表面積在多孔介質的各種不同應用中起著重要作用。是衡量各種工業吸附劑吸附能力的指標;它在確定催化劑和過濾器的有效性方面起著重要作用。在石油和流變學研究中,它與多孔介質的流體電導率或滲透率有關。
顯然,天然多孔介質的比表面積只能通過間接或統計方法確定,例如:
統計方法:在多孔材料截面的放大顯微照片上,將一根長度為“L”的針隨機落下很多次。計數被保留為銷的端點落入空隙空間內的次數 (α) 和銷與孔的周邊相交的次數 (β)。然后從以下位置找到比表面積:
比表面積統計方法方程
該方法被認為是最好的方法之一。許多其他矩陣屬性可以用它導出。
吸附法:這些方法是基于固體表面對氣體或蒸汽的吸附。固體的表面積由吸附在其上的氣體量確定,假設氣體以均勻的單分子膜覆蓋固體的整個表面。
流體流動:該方法表明介質的滲透率與其比表面積之間的關系。使用這種關系,可以通過進行導致確定介質滲透率的實驗來獲得比面積。