实验目的
1.了解掌握多孔聚合物材料的实验制备方法。
2.理解气体分子单层或多层物理吸附理论及BET公式，掌握BET法测定多孔材料比表面积的原理和方法。 3.理解掌握多孔材料的气体吸附性能的评价方法。
实验原理
根据孔半径的大小，固体表面的细孔可以分成三类：微孔，孔径小于
2nm，活性炭、沸石、分子筛会有此类孔；中孔，孔径2~50nm，多数超细粉体属这一范围；大孔，孔径大于50nm，Fe3O4、硅藻土等含此类孔。多孔材料的制备和比表面积，孔隙分布测试已逐步引起人们的普遍重视。各种多孔材料已经广泛应用于药品、陶瓷、活性炭、碳黑、油漆和涂料、医学植入体、推进燃料、航天隔绝材料、燃料电池、储氢，储甲烷材料以及CO2、SO2等温室气体或有害气体的捕捉和分离的研究。
合同比对
气体与清洁固体表面接触时，在固体表面上气体浓度高于气相，这种现象称为吸附。吸附气体的固体称为吸附剂；被吸附的气体称为吸附质。测定吸附量的一般原则是在一定的温度下将一定量的吸附剂至于吸附质气体中，达到吸附平衡后根据吸附前后气体体积和压力的变化或直接称量的结果计算吸附量。
根据吸附剂表面与吸附质分子间作用力的性质不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是指被吸附分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，即范德华力，是一种可逆吸附过程。物理吸附的特征是固体表面和吸附质分子不发生任何化学反应，吸附过程进行的较快。工业上常利用物理吸附的可逆性，通过改变操作条件，使吸附的物质脱附，使吸附剂再生，从而达到分离的目的。此外，物理吸附也用于测定固体材料的比表面积、孔容和孔径分布。
图1. 多孔材料的气体吸附示意图
一种优良吸附剂通常具有大的比表面积。因为对于特定的吸附剂与吸附质来说，吸附量随比表面积（单位质量的物质具有的所有表面积）的增大而增大。所以吸附剂多是多孔或者分散的很细的物质。
基本设想是测出在吸附剂表面上某种吸附质分子铺满一层所需的分子数（如图1），再乘以该吸附质每个分子所占的面积，即为该材料的比表面积。因此，比表面积的测定实质上是求出某种吸附质的单分子层饱和吸附量。最常用方法是建立在BET多分子层吸附理论基础上的一种测定多孔物质比表面的方法，即BET二常数公式为
（V是在气体平衡压力为P时的吸附量；V m是单分子层饱和吸附量；P0是在吸附温度时吸附气体的饱和蒸汽压；C是与吸附热有关的常数）
BET表面积计算实际分为两个步骤：首先需要将吸附等温线转化为“BET 图”并从中推导出单层吸附量V m；然后在计算比表面积S。由吸附等温线可以得到一系列不同压力P下的吸附值V，将P/V（P0-P）对P/ P0作图，为一直线，
截距为1/V m C
V m=1/(截距+斜率)地沟油提炼生物柴油
S BET=V m·A·σm
以77K N2为准，此时σm=16.2 Å2，对于介孔或更大孔材料，BET二常数公式适合的P/ P0范围是0.05~0.25. BET二常数方程式中，参数C值通常在
50~300之间，反映了吸附质与吸附剂之间作用力的强弱。高的或负截距
（C<0）微孔有关，BET模型如果不加修正适不适合微孔分析。
碳素纸对于微孔材料BET图线性范围（单层吸附）的选择，应避免任何主观性。正确的过程是，C常数不仅必须是正值，而且n(p/p0)或n/(1- p/p0)对p/p0作图应连续增长。这样可以确定计算BET的选点下限。同时也不能使用过低压力点的数据。一些数据点（0,0）像原点弯曲，这些过低的压力点不足以形成单分子层。C值非常小时，会产生非常高的截距。应删除低压附近明显弯曲的压力点。通常由下限向上选择五个连续点来计算BET.
多孔有机材料由于具有大的比表面积、低的骨架密度和多样性的合成策略等优点，近几年来引起人们广泛的研究兴趣。这一领域目前的研究热点主要集中在设计合成新的、功能化的多孔有机材料，并将其应用于气体吸附、多相催化和有机光电等领域。本实验的主要研究内容为：合成一种微孔聚合物(Microporous Polymers)，并将其应用于二氧化碳吸附领域。如图2所示是一种微孔聚合物即酚醛（RF）树脂的合成路线，属于缩聚反应，即间苯二酚和甲醛反应脱去小分子H2O。
图2. 一种微孔聚合物即酚醛树脂（RF）的反应方程式
仪器与试剂
1.仪器设备
圆底烧瓶，搅拌器、搅拌子，药匙，水热釜，培养皿，高温烘箱，管式炉，冷冻干燥机，冰箱，气体吸附仪。
2.试剂材料
直链烷基苯
间苯二酚（R），甲醛（F）水溶液（37%），去离子水。蓝牙天线
实验步骤
1. 合成RF树脂
（1）准确称量0.375g R，倒入装有13ml去离子水的圆底烧瓶中，机械搅拌至完全溶解。
（2）准确称量0.553g, 37% F水溶液，快速加入上述圆底烧瓶中，继续搅拌30min。
（3）将混合液转入水热釜，放入预先升温至120℃的高温烘箱中，反应
18h。
（4）待反应釜降至室温，取出产物转移至培养皿中，放入冰箱冷冻30min。
（5）将培养皿放入冷冻干燥机干燥12h。
2.微孔聚合物碳化
称量已经干燥的RF树脂m1，放入管式炉。预通高纯N2 30min,800℃碳化。并记录碳化后样品质量m2。
3. 测试碳化前和碳化后的微孔聚合物的气体吸附性能。
(1) 记录样品管+塞子质量m3和样品管+塞子+样品质量m4, 样品粗质量Δm1=m4- m3。
(2) 样品脱气：将样品管装在吸附仪脱气口位置，装上加热套。按脱气程序脱气，一般150℃，10h。
(3) 脱气后重新称量样品管+塞子+样品质量m5，样品质量Δm2=m5- m3。开始分析
数据抽取数据分析
1. 根据CO2吸附等温线评价该材料的吸附性能，从生成的报告中分析材料的孔性质。
2. 根据77K,N2吸附等温线，以n/(1- p/p0)对p/p0作图，出p/p0下限。
3. 由所选数据点做出BET 图，计算出单层吸附量V m和常数C. 计算S BET.
提问与思考
1．BET容量法测定固体表面积的原理？
2. 分析高温碳化过程对微孔聚合物材料的气体吸附性能的影响。
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