理想晶體是由一種稱之為“原胞”的結(jié)構(gòu)單位，在二維空間中重復(fù)排列而形成的一個(gè)無(wú)限“連續(xù)體”，但是實(shí)際存在的各種物質(zhì)并不是無(wú)限連續(xù)的，它們都是有盡頭的，這個(gè)盡頭就是在不同物質(zhì)的交界處——界面.表面問(wèn)題不論在工程技術(shù)上或是日常生活中都到處可見(jiàn)，很多常見(jiàn)的物理化學(xué)過(guò)程如催化、腐蝕、摩擦和電子發(fā)射等都發(fā)生在“表面”.就大多數(shù)固體表面來(lái)說(shuō)，無(wú)論在組分或是結(jié)構(gòu)上都是和體內(nèi)不一樣的。試驗(yàn)采用表面分析技術(shù)，通過(guò)微觀粒子與表面酌相互作用獲得表面信息，然后綜合所測(cè)結(jié)果得出結(jié)論。

1、實(shí)驗(yàn)部分

用美國(guó)物理電子公司生產(chǎn)的PHI一5702型多功能電子能譜儀(XPS)測(cè)定濾料表面的相對(duì)元素組成，激發(fā)源為鋁KQ，高壓14kV；用德國(guó)BRUKER公司生產(chǎn)的IFS66V／S型紅外光譜儀(FTIR)測(cè)定濾料表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)，波數(shù)范圍4000～400cm-1，最高分辨率0.01cm-1。

1.1XPS表征

將制備好的樣品引入樣品室，用一束單色的X射線激發(fā).只要光子的能量大于原子、分子或固體中某原子軌道電子的結(jié)合能EB，便能將電子激發(fā)而離開(kāi)，得到具有一定動(dòng)能的光電子.由于x射線能量較高，所以主要得到的是來(lái)自原子的內(nèi)層軌道的電子.光電子進(jìn)入能量分析器，利用分析器的色散作用，可測(cè)得其按能量高低的數(shù)量分布.由分析器出來(lái)的光電子經(jīng)倍增器進(jìn)行信號(hào)放大，再以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示、記錄，得到XPS譜圖.為防止分析時(shí)樣品表面受到污染，樣品室應(yīng)保持1O一～10—8Pa的超高真空條件.整個(gè)系統(tǒng)和一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)操作、數(shù)據(jù)采集和處理以及數(shù)據(jù)輸出的自動(dòng)化。

XPS圖譜分析表明：無(wú)煙煤的元素組成為si(109.2eV)，o(539.2eV)，C(291.6eV)，原子濃度分別為4.52，21.1596／和70.68，此外還含有少量的Fe和Al；活化沸石的元素組成為si(109.6eV)，O(539.6eV)，A1(82.4eV)，原子濃度分別為2O.93％，68.51和6.43，此外還含有少量的Fe和Ca；鋁礬土陶瓷的元素組成為si(109.6eV)，O(539.6eV)，Al(82.0eV)，原子濃度分別為15.48，67.86和15.O2，此外還含有少量的Fe和Ca；磁鐵礦的元素組成為Si(111.2eV)，O(541.6eV)，F(xiàn)e(720.8eV)，原子濃度分別為15.3996／，70.979／5和9.91％，此外還含有少量的Ca和Al；沸石的元素組成為Si(110。4eV)，0(540.6eV)，A1(82.0eV)，原子濃度分別為19.43，73.15％和5.18，此外還含有少量的Fe和Ga.

1.2FTIR表征

無(wú)煙煤539.97cm處代表Fe2O3，1033.65cm處代表C～C伸縮振動(dòng)，1430.92cm處代表～CH。不對(duì)稱變形振動(dòng)，1641.13cm處代表C—C伸縮振動(dòng)3496.31cm處為羥基伸縮振動(dòng)。

活化沸石536.11cm處代表Fe2o3，642.18ClTI處代表Al203，771.39cm～721.25cm處的窄帶為Si—o對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1002.80cm處寬而強(qiáng)的吸收為SiO。的伸縮振動(dòng)，3444.24cm為Si0。一的伸縮振動(dòng)處為羥基伸縮振動(dòng)。

鋁礬土陶瓷453.19cm處為SiO。彎曲振動(dòng)，603.61cm、636.39cm處代表Al2O3，1081.87cm一。處強(qiáng)而寬的吸收峰為Si—O-Si伸縮振動(dòng)，3448.09cm處為羥基伸縮振動(dòng)。

磁鐵礦453.19cm處為SiO彎曲振動(dòng)，700ClTI_?！?00cm處較寬的吸收帶為Fe3，989.3OC1TI處強(qiáng)而寬的吸收為SiO。的伸縮振動(dòng)，3652.52cm處為羥基伸縮振動(dòng)。

沸石457.05cm處為SiO彎曲振動(dòng)，536.11cm處代表Fe203，734.75em處代表Si一0對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1010.52cm一處強(qiáng)而寬的吸收為SiO。卜的伸縮振動(dòng)，3446.17cm處為羥基伸縮振動(dòng)。

2、結(jié)果分析

2.1表面基團(tuán)

綜合XPS及FTIR測(cè)試結(jié)果可知，5種濾料表面均存在吸附水，無(wú)煙煤表面主要由有機(jī)化合物組成，活化沸石表面主要由Si0、硅酸鹽類化合物、Al2O3及Fe2o3。組成，鋁礬土陶瓷表面主要由SiO2和Ai2o3。組成，磁鐵礦表面主要由SiO2硅酸鹽類化合物和Fe304組成，沸石表面主要由SiO2硅酸鹽類化合物及少量的Fe2O3組成。

2.2表面極性強(qiáng)弱分析

無(wú)煙煤濾料表面主要由有機(jī)基團(tuán)組成，極性最弱；磁鐵礦、活化沸石、鋁礬土陶瓷和沸石4種濾料表面均為無(wú)機(jī)基團(tuán)組成，因而極性強(qiáng)于無(wú)煙煤。磁鐵礦、活化沸石、鋁礬土陶瓷、沸石4種無(wú)機(jī)濾料的極性強(qiáng)弱可通過(guò)0原子的含量來(lái)比較。根據(jù)FTIR實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把通過(guò)XPS試驗(yàn)測(cè)得的濾料中O的含量分為三部分：第一部分為儀器本身產(chǎn)生的O污染，第二部分為濾料表面固有的0原子，第三部分為吸附水中。原子.5種濾料的XPS試驗(yàn)條件相同，所以儀器本身產(chǎn)生的O污染相同。由于5種濾料試驗(yàn)前所采用的處理?xiàng)l件是相同的，所以吸附水的含量越大，則該種濾料表面的極性越強(qiáng)；濾料表面固有的0原子越多，則該種濾料表面的極性亦越強(qiáng).綜上所述，0原子的含量可以用來(lái)比較濾料表面的極性大小，據(jù)此可以判斷沸石的極性最強(qiáng)，磁鐵礦的極性強(qiáng)于活化沸石和鋁礬土陶瓷，而活化沸石和鋁礬土陶瓷的極性則相差不多。

5種濾料表面極性強(qiáng)弱表現(xiàn)為：沸石>磁鐵礦>活化沸石>鋁礬土陶瓷>無(wú)煙煤。