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BET比表面积对页岩和煤等不规则碳材料的应用效果评价

BET; 比表面积；页岩；煤；不规则碳材料

比表面积是表征多孔介质孔隙结构的重要参数，常由Brunauer-Emmett-Teller (BET) 法分析氮气在77K的吸附曲线确定，得到BET比表面积。但是，BET比表面积是否能准确反映不规则碳材料（比如煤和页岩）的几何比表面积尚不清楚。本研究通过蒙特卡洛法模拟77K条件下氮气的吸附曲线并采用BET法求得BET比表面积，首先对比了纳米尺度碳基狭缝孔的BET比表面积与几何比表面积，然后通过将不规则碳材料样品（包括煤，页岩干酪根和虚拟样品）视作碳基狭缝孔的集合，验证了BET比表面积的准确性。研究结果表明，BET法对碳基狭缝孔的测量效果与孔隙尺寸有关，并且BET法所选用的相对压力区间也不是固定的。对介孔材料，BET比表面积与几何比表面积十分相近，最多高估18%，表现出较为可靠的测量效果，同时BET法所选用的相对压力区间是固定的。对微孔材料，只有在确定微孔大小和微孔孔隙度的前提下才能判断BET比表面积的准确性。可以明确的是，当微孔孔隙体积小于2%的总孔隙体积时，BET比表面积是足够准确的。此外，对微孔材料的BET法所选的相对压力区间并不是固定的，会随着微孔尺寸和微孔孔隙度发生变化。本研究的结果有助于重新理解BET比表面积这一经典参数，并验证了不规则碳材料应用BET比表面积的效果。