实验十四固体比表面的测定

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1、实验十四固体比表面的测定__BET色谱法一、实验目的与要求：1、了解BET公式的基本假定、适用范围以及如何应用BET公式求算多孔固体的比表而积。2、掌握ST-03型比表而及孔径分布测定仪的测定原理、使用方法及流动体系的操作技术。3、用连续流动色谱法测定多孔物质的平衡吸附量。二、预习要求：1、了解BET色谱法测定固体比表面记的原理。2、了解ST-03型比表而测定仪的仪器构造及测量原理。三、实验原理：一克多孔固体所具有的总表面积（包括外表面积和A表面积）定义力比表面，以m2/g表示。在气固多相催化反应机理的研

2、宂中，大量的事实证明，气固多相催化反应是在固体催化剂表而上进行的。某些催化剂的活性与其比表而有一定的对应关系。因此测定固体的比表而，对多相反应机理的研究有着重要意义。测定多孔固体比表而的方法很多，而BET气相吸附法则是比较有效、准确的方法。BET吸附理论的基本假设是：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上之后，它们还可能从气相中吸附同类分子。因此吸附是多层的，但同一层吸附分子之间无相互作用，吸附平衡是吸附和解吸

3、附的动态平衡；第二层及其以后各层分子的吸附热等于气体的液化热，根据这个假设，推导得到BET方程式如下：1C—1::=+•—-VmCvlticPs14……⑴式屮：一混合气屮氮的分压h—吸附平衡温度下吸附质的饱和蒸汽压—铺满一单分子层的饱和吸附量（标准态）C一与第一层吸附热及凝聚热有关的常数K/一不同分压下所对应的固体样品吸附量（标准状态下）选择相对压力Pn2/Ps在0.05〜0.35范围內。实验得到与各相对P^/Ps相应的吸附量c-i%后，根据BET公式，将匕（1-PN2/A）对Pn2/Ps作图，得一条直线

4、，其斜率为VmCf1截距V-C由斜率和截距可以求得单分子层饱和吸附量^1V=a+b14（2）根据每一个被吸附分子在吸附表面上所占有的积，即可计算出每克固体样品所具有的表面积。实验屮，通常用n2气作吸附质，在液氮温度下，每个仏分子在吸附剂表而所占有的而积为16.2A2，而在273K及latm(101.325X103Pa)下每毫升被吸附的N2若铺成单分子层时，所占的面积为Z:6.023xlO23x16.2xl0_2()==436Z22.4Xl03“m2.mL'114……(3)因此，同体的比表面积可表示为14…

5、…(4)S()=4.36W为所测固体的质量。本实验采用H2气作载气，故只能测量对H2不产生吸附的样品。在液氮温度下，咏和N2的混合气连续流动通过固体样品，固体吸附剂对1>12产生物理吸附。BET多分子层吸附理论的基本假设，使BET公式只适用于相对压力Pn2/G在0.05〜0.35之间的范围。因为在低压下，固体的不均匀性突出，各个部分的吸附热也不相同，建立不起多层物理吸附模型。在高压下，吸附分子之间有作用，脱附时彼此有影响，多孔性吸附剂还可能有毛细管作用，使吸附质气体分子在毛细管内凝结，也不符合多层物理吸附

6、模型。四、ST-03型比表面测定仪的仪器构造及测量原理：1、主要部件：共分四个部分仪器的左侧为样品测定室和切换阀箱。样品测定室屮有样品管，可用螺帽与主机联接，并随时可以调换。测定室后面为冷阱箱，箱内有两支冷却管，由四个接头连接。打开切挽阀的上箱盖可以看到标记。若双气路法测定样品时，两冷却管按1一2、3—4连接法接，若单气路测(连续流动法)则用一支冷却管连2—3两个接头。冷却管的作用是用來净化N2图15-1ST-03型比表面匈孔径测定仪双气路流程示意图A-稳压阀；B-压力表；C-可调气阻；D•三通阀；E、G

7、-混合器；F-浄化冷阱；H-样品管；I-六通阀;J-热交换器；K-热导池；L-皂膜流呈计；M保温瓶图15-2样品管图15-3氧压表1-空气；2-水银；3-R空4-纯氧；5-液氮；6-杜瓦瓶和％气（或其他载气，吸附气），以在液氮温度下除去其他杂质。仪器右侧分上下两层，上层为气路系统，包拈检测器，稳压阀，阻力阀，三通阀，前后混合器。下层为电器部分，包括热导池和恒温炉的供电部分。见图14-1流量用皂膜流量计测量。记录脱附量用记录仪或数字积分仪记录。2、测量原理本实验通过色谱峰大小面积的测量來求算固体样品的吸附量

8、。而色谱峰的测量是通过检测器一热导池來测量的。热导池是目前色谱仪上应用较广泛的一种检测器。它是由四个置于不锈钢池体A的热敏元件组成的直流电桥，其检测原理是基于各种气体有不同的热导性能，不同气体组分通过热导池的热敏元件时，引起通电的元件本身的温度产生变化，阻值产生变化而导致不平衡电信号产生。这种电信号经微电流放大，通过记录仪记录下来。这就是色谱峰。热导池检测器的结构简单，稳定性好，灵敏度适宜，线性范围宽。五、仪器与药品：秒表仏气