研究背景 核磁共振纳米孔隙分析法(简称NMRC方法)是一种利用核磁共振技术测试液体在孔隙中的相变过程,并通过Gibbs一Thomson方程来表征多孔材料孔径分布的测孔方法。该方法适用于多种多孔材料的孔隙结构测试,如催化、过滤、吸附类材料、建筑材料、陶瓷材料、人体及仿生材料等,孔径测试范围达到4一1000nm。目前,国外学者已利用此方法研究了液体在孔中的填充机理、液体与基体表面间的相互作用、孔径分布的空间成像和孔的形貌表征等。 |
理论基础: |
1.液体在孔中的相变 |
2.冻融迟滞现象变 |
实验方法 |
本次实验选用不同煤阶的煤样,通过核磁冻融与低温氮吸附的对比实验,探究采用NMRC方法定量分析煤的孔体积和孔隙结构的可能性及可行性。 |
表1:实验样品信息 |
NMRC实验样品采用20~40目的粉样,仪器为纽迈分析NMRC12-010V-T波谱分析仪。系统采用干燥压缩空气作为温度媒介,以低温液浴槽作为冷源,热电阻作为热源对干燥洁净空气进行控温,主要利用逐步变温法测量并记录样品融化过程中水的信号量大小。根据测试数据拟合可得到液体信号量随温度变化的关系曲线,即I-T曲线,如图1。理想I-T曲线可分为4个阶段:孔中固体融化阶段、总孔体积平台阶段、宏观固体融化阶段和总液体体积平台阶段。 |
图1 多孔材料中物质相变行为 |
基于I-T曲线计算孔径分布的过程如下:将核磁信号幅度I换算成液体体积V;再利用简化公式将温度T换算成孔径x,这样便得到了小于某一孔径的累积孔体积。 |
实验结果 |
1.NMRC法测试结果(使用仪器:核磁共振纳米孔隙分析仪NMRC12-010V) |
图2:6组煤样的NMPC孔径分布结果 |