bet吸附法测定粉体比表面积-实验原理

《bet吸附法测定粉体比表面积-实验原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、固体与气体接触时，气体分子碰撞固体并可在固体表面停留一定的时间，这种现象称为吸附。吸附过程按作用力的性质可分为物理吸附和化学吸附。化学吸附时吸附剂(固体)与吸附质(气体)之间发生电子转移，而物理吸附时不发生这种电子转移。　　BET(Brunauer–Emmett-Teller)吸附法的理论基础是多分子层的吸附理论。其基本假设是：在物理吸附中，吸附质与吸附剂之间的作用力是范德华力，而吸附质分子之间的作用力也是范德华力。所以，当气相中的吸附质分子被吸附在多孔固体表面之后，它们还可能从气相中吸附其它同类分子，所以吸附是多层的；吸附平衡是动平衡；第

2、二层及以后各层分子的吸附热等于气体的液化热。根据此假设推导的BET方程式如下：　　　　（4-8）式中：P0——吸附平衡时吸附质气体的压力；Po——吸附平衡温度下吸附质的饱和蒸气压；　　V——平衡时固体样品的吸附量(标准状态下)；　　Vm——以单分子层覆盖固体表面所需的气体量(标准状态下)；　　C——与温度、吸附热和催化热有关的常数。通过实验可测得一系列的P和V，根据BET方程求得Vm，则吸附剂的比表面积S可用下式计算。式中：nλ——以单分子层覆盖1克（g）固体表面所需吸附质的分子数；δ——1个吸附质分子的截面积(A2)；NA——阿佛加德罗常

3、数(6.022×1023)；W——固体吸附剂的质量(g)。若以N2作吸附质，在液氮温度时，1个分子在吸附剂表面所占有的面积为16.2A2，则固体吸附剂的比表面积为　　　　（4-9）这样，只要测出固体吸附剂质量W，就可计算粉体试样的比表面积S（m2/kg）。2．吸附方法概述　　以BET等温吸附理论为基础来测定比表面积的方法有两种，一种是静态吸附法，一种是动态吸附法。　　静态吸附法是将吸附质与吸附剂放在一起达到平衡后测定吸附量。根据吸附量测定方法的不同，又可分为容量法与质量法两种。容量法是根据吸附质在吸附前后的压力、体积和温度，计算在不同压力下

4、的气体吸附量。质量法是通过测量暴露于气体或蒸汽中的固体试样的质量增加直接观测被吸附气体的量，往往用石英弹簧的伸长长度来测量其吸附量。静态吸附对真空度要求高，仪器设备较复杂，但测量精度高。　　动态吸附法是使吸附质在指定的温度及压力下通过定量的固体吸附剂，达到平衡时，吸附剂所增加的即为被吸附之量。再改变压力重复测试，求得吸附量与压力的关系，然后作图计算。一般说来，动态吸附法的准确度不如静态吸附法，但动态吸附法的仪器简单、易于装置、操作简便，在一些实验中仍有应用。　　目前，国际、国内测量粉体比表面积常用的方法是容量法。在容量法测定仪中，传统的装置

5、是Emmett表面积测定仪。该仪器以氮气作为吸附质，在液态氮(-195℃)的条件下进行吸附，并用氮气较准仪器中不产生吸附的“死空间”的容积，对已称出质量的粉体试样加热并抽真空脱气后，即可引入氮气在低温下吸附，精确测量吸附质在吸附前后的压力，体积和温度，计算在不同相对压力下的气体吸附量，通过作图即可求出单分子层吸附质的量，然后就可以求出粉体试样的比表面积。一般认为，氮吸附法是当前测量粉体物料比表面积的标准方法。图4-3气体吸附法的测定原理　　随着气体色谱技术中的连续流动法用于气体吸附法来测定细粉末的表面积，出现了Nelsen和Eggertse

6、n比表面积仪，改进后的Ellis、Forrest和Howe比表面积仪，ST-03比表面积仪(北京分析仪器厂)及改进后的ST-08比表面积仪。这些仪器的工作过程基本上是相同的，将一个已知组成的氮氦混合气流流过样品，并流经一个与记录式电位计相连的热传导电池。当样品在液氮中被冷却时，样品从流动气相中吸附氮气，这时记录图上出现一个吸附峰，而当达到平衡以后，记录笔回到原来的位置。移去冷却剂会得到一个脱附值，其面积与吸附峰相等而方向相反，这二个峰的面积均可用于测量被吸附的氮。通过计算脱附峰（或吸附峰）的面积就可求出粉体试样的比表面积。这种连续流动法比传

7、统的BET法好，其特点为：不需要易破碎的复杂的玻璃器皿；不需要高真空系统；自动地得到持久保存的记录；快速而简便；不需要做“死空间”的修正。图4-4ST-08比表面积测定仪气路流程图1.气瓶2.稳压阀3.压力表4.针阀5.流量计6.温度调节管7.热导池8.混合器9.样品管10.锥形阀3.仪器工作原理　　本实验的测试仪器是ST-08比表面积测定仪。该仪器是根据BET理论及F·MNELSON气相色谱原理采用对比法研制而成的，其气路流程如图4-4所示。仪器用氮气作吸附气；氢气(H2和氦气(He)作载气，按一定比例(H2/N2，He/N2均为4∶1)

8、混装在高压气瓶内。当混合气通过样品管，装有样品的样品管沁入液氮中时，混合气中的氮气被样品表面吸附，当样品表面吸附氮气达到饱和时，撤去液氮，样品管由低温升至室温，样品吸附的氮气受热