低温物理吸附实验

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1、低温物理吸附实验1.实验目的（1）了解2020型物理吸附仪的功能、原理及用途（2）掌握仪器的实际操作过程、软件使用方法（3）学习分析实验结果和数据2.方法原理低温吸附法测定固体比表面和孔径分布是依据气体在同体表面的吸附规律。在恒定温度下，在平衡状态吋，一定的气体压力，对应于固体表面一定的气体吸附量，改变压力可以改变吸附量。平衡吸附量随压力而变化的曲线称力吸附等温线，对吸附等温线的研究与测定不仅可以获取有关吸附剂和吸附质性质的信息，还可以计算固体的比表面和孔径分布。一.比表而的计算与测定1.Langmuir吸附等温方程单层吸附理论模型：三点假设：吸附剂（固体

2、）表面是均匀的；吸附粒子间的相互作用可以忽略；吸附是单分子层。吸附等温方程（Langmuir）—4•丄vVm•bVm⑴式中：V气体吸附量Vm单层饱和吸附量P吸附质（气体）压力b常数P_以v对p作图，为一直线，根据斜率和截距可求出b和Vm,只要得到单分子层饱和吸附量Vm即可求出比表面积Sg。用氮气作吸附质时，Sg由下式求得e4.36•VmSg=W-（2）式中：Vm用ml表示，W用g表示，得到是的比表面Sg为（m2/g）。2.BET吸附等温线方程一一多层吸附理论目前被公认为测量固体比表面的准方法。理论模型：假设：物理吸附是按多层方式进行，不等第一层吸满就可有第

3、二层吸附，第二层上乂可能产生第三层吸附，吸附平衡吋，各层达到各层的吸附平衡。BET吸附等温方程：P1C-lP=1V（Po-P）CVmCVmPo⑶式中：v气体吸附量Vm单分子层饱和吸附量P吸附质压力P0吸附质饱和蒸气压C常数将P/V（PO-P）对P/PO作图为一直线，且1/（截距+斜率）=Vm,代入（2）式，即求得比表面积。用BET法测定比表面，最常用的吸附质是氮气，吸附温度在其液化点（一195'C）附近。低温可以避免化学吸附。相对压力控制在0.05…-0.35之间，低于0.05时，不易建立多层吸附平衡，高于0.35吋，发生毛细凝聚作用，吸附等温线将偏离直线

4、。吸附层数(n):把公式(3)改写得到如下方程：=v:p/(p(>-p)n~Vm~{(1/C)•[1-(P/Po)]+P/Po}⑷由(4)式可知，吸附剂表面的吸附层数受两个因素的影响，其一是吸附质相对压力P/P0;其二是C值，C值越大，吸附层越多，因此C值提供了与吸附剂吸附能力相关的信息，具有重要的意义。一.孔径分布的计算与测定根裾孔半径的大小，固体表而的细孔可以分成三类：微孔，孔径〈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〉50nm,Fe304、硅藻土等含此类孔。目前，常用压汞法测定大孔范围孔径分

5、布，用气体吸附法测定中孔范围孔径分布。毛细凝聚模型：在毛细管液体弯月而上的平衡蒸汽压P小于同温度下的饱和蒸气压P0,即在低于P0的压力下，毛细孔内就可以产生凝聚液，而且吸附质压力P/P0与发生凝聚的孔的直径一一对应，孔径越小，产生凝聚液所需的压力也越小。凯尔文(kelvin)方程：开始发生毛细凝聚液的孔径rk与吸附质分压的关系：rk=—0.414/log(P/P0)(5)赫尔塞方程：实际发生凝聚时，在毛细管壁上己有一层氮的吸附膜，其厚度t也决定于P/P0,可用赫尔塞方程表达如下：t=0.354[-5/In(P/P0)]l/3——(6)因此与F/P0相对应的

6、孔的实际尺寸rp为rp=rk+t(7)二.孔径分布的测定方法根据毛细凝聚理论，按照圆柱孔模型，把所有微孔按孔径分为若干孔区，这些孔区由大而小排列。当P/P0=l时，巾公式(5)式可知，00,即这时所有的孔中都充满了凝聚液,当压力由1逐级变小，每次大于该级对应孔径孔中的凝聚液就被脱附山来，直到压力降低至0.4时，可得每个孔区屮脱附的气体量，把这些气体量挽算成凝聚液的体积，就是每一孔区中孔的体积。综上所述，在气体分压从0.4到1的范围中，测定等温吸(脱)附线，按照毛细凝聚理论，即可计算出固体孔径分布，孔径测定的范围是2〜50nm。三.测量氮吸附量的主要方法以上

7、分析可知，通过气体吸附的理论，只要我们能够测定在一定条件下固体表而吸附或脱附的气体S,我们就可以用相应的理论方程计算出同体的比表而和孔径分布，测:W:方法主要有如下几种：1.静态重量法：在吸附系统中，用高精密天平，直接测定气体吸附量，其精度取决于天平的精度，一般认为这类测试方法不适用于小比表而的测量。1.静态容量法：在己知容积的密闭系统中，放入吸附剂，在一系列的氮气压力下，达到吸附平衡，这吋PV=nR系统中的气体压力、温度和荇积符合气态方程：T;每一个压力变化的始态和终态所求得的气体量之差，即代表着压力变化后吸附剂吸附或脱附的气体量。目前，进口的氮吸附比表

8、面和孔径分布仪大多采用静态容量法，比表面的测定范围是0.1-200