實(shí)驗(yàn)十六 流動(dòng)吸附色譜法測(cè)定催化劑的比表面積

1、實(shí)驗(yàn)十六 流動(dòng)吸附色譜法測(cè)定催化劑的比表面積一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 明確固體催化劑比表面積測(cè)試的意義。2 熟悉裝置，了解吸附原理，掌握測(cè)試方法。3 掌握流動(dòng)吸附色譜法計(jì)算面積的方法B·E·T計(jì)算法。二實(shí)驗(yàn)原理測(cè)定表面積是根據(jù)氣體吸附理論來進(jìn)行的，吸附量的測(cè)定方法有靜態(tài)的BET法（重量法、容量法）和流動(dòng)的氣相色譜法，色譜法的特點(diǎn)是不需要真空裝置，方法簡(jiǎn)單、迅速、安全。該法所用的流動(dòng)氣體是一種吸附質(zhì)與一種惰性氣體的混合物，通常采用氮?dú)庾鳛槲劫|(zhì)，氦氣作載氣。由于條件限制，本實(shí)驗(yàn)采用氮?dú)庾魑劫|(zhì)，氫氣作載氣，氮?dú)?、氫氣以一定比例混合，達(dá)到一定的相對(duì)壓力，然后流經(jīng)樣品，當(dāng)樣品放入盛有液氮的

2、保溫瓶里冷卻時(shí)，樣品對(duì)混合氣中的氮?dú)獍l(fā)生物理吸附，而不吸附氫氣，吸附氣體量與試樣表面積成正比，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，除去液氮，溫度升高。氮?dú)庥謴臉悠仿暶摳蕉?，混合氣體的濃度變化用熱導(dǎo)池檢測(cè)器記錄下來，由脫附峰與已知的一定氮?dú)饬砍龅臉?biāo)準(zhǔn)峰面積比（直接標(biāo)定），即可計(jì)算出此氮?dú)夥謮合碌奈搅?。按照B·E·T式計(jì)算單分子層飽和吸附量，從而求出催化劑表面積。三 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖16-1所示：圖16-1 流動(dòng)吸附色譜法測(cè)定催化劑比表面積流程示意圖1氮?dú)狻錃怃撈浚?減壓閥；3凈化器；4穩(wěn)流閥；5轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6混合器；71號(hào)冷阱；8熱導(dǎo)池；9恒溫箱；10標(biāo)準(zhǔn)六通閥；112號(hào)冷阱；12皂

3、沫流量計(jì)；13平衡電橋；14XWC100型電子電位差計(jì)；四 操作步驟1 樣品稱量樣品經(jīng)110干燥后，裝入樣品管，精確稱取0.03000.0800克（根據(jù)樣品表面積大小而異），然后把它裝到測(cè)定儀的樣品管接口上（為防止藥品進(jìn)入儀器，管口用藥棉堵上）。2 測(cè)試液氮的飽和蒸汽壓Ps。由于每次實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度和大氣壓都是不同的，加上液氮在存放和使用過程中不斷地?fù)]發(fā)和空氣的冷凝，溫度有所變化，導(dǎo)致液氮飽和蒸汽壓Ps的改變，因此，每次實(shí)驗(yàn)都必須測(cè)定當(dāng)時(shí)的液氮飽和蒸汽壓，本實(shí)驗(yàn)用氧蒸汽溫度計(jì)測(cè)定液氮的實(shí)際溫度，然后再利用蒸汽壓和溫度的關(guān)系曲線，查得液氮的飽和蒸汽壓Ps。操作時(shí)，將氧蒸汽溫度計(jì)的水銀集中到刻度下，把測(cè)

4、量端垂直輕輕插入裝有液氮的保溫杯中，約一分鐘后讀出H值，讀數(shù)后，垂直取出溫度計(jì)，待水銀柱升至頂部，恢復(fù)原狀，才能放入盒中，然后在圖三縱坐標(biāo)上查該H值，沿著入所示方向求得液氮的飽和蒸汽壓Ps和液氮的實(shí)際溫度。（見圖16-2）圖16-2 蒸汽壓和溫度關(guān)系曲線3 樣品處理安裝好樣品管后，打開載氣氫氣（P=1.5公斤/cm2）試漏，將氫氣流速定為約60ml/min，然后把裝有液氮的保溫杯套在號(hào)冷阱上，首先冷凝除去一些混在氫氣中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)，使載氣保持足夠的純度，在通氣的情況下用加熱爐將樣品加熱到適當(dāng)溫度（一般為200，根據(jù)測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)而異），這樣可以在樣品孔結(jié)構(gòu)不變的情況下達(dá)到較好的除氣效果，吹掃半

5、小時(shí)后，停止加熱冷卻至室溫。4 測(cè)定載氣流速調(diào)節(jié)氫氣流速為5060ml/min，待流速穩(wěn)定后，用皂沫流量計(jì)精確測(cè)出流速（ml/min）以后在整個(gè)測(cè)定中必須保持該流速不變。5 調(diào)節(jié)氮?dú)饬魉俅蜷_氮?dú)猓≒a=5公斤/cm2），調(diào)節(jié)氮?dú)饬魉贋?5ml/min，待兩種氣體混合均勻后，用皂沫流量計(jì)精確測(cè)定氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚饪偭魉伲≧Tml/min）,由此可求出氮?dú)獾牧魉偌案鶕?jù)大氣壓算出氮?dú)夥謮骸? 調(diào)試基線 氣體流通后，即可將熱導(dǎo)池電源接通，穩(wěn)定電壓調(diào)至20V，工作電流調(diào)至100mA，衰減比為1/4，將六通閥處于“測(cè)試”位置，開動(dòng)記錄儀，調(diào)整記錄調(diào)零，如基線是穩(wěn)定的，則表明氣體已混合均勻。7 測(cè)試樣品基線穩(wěn)

6、定后，即可將液氮保溫杯套在樣品管上，隨即出現(xiàn)吸附峰（圖四A）。在一定氮?dú)夥謮合?，?dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，混合氣組成有恢復(fù)到原狀，記錄筆再回到基線，則表面脫附完畢，然后就可算出脫附峰面積（峰高×半峰寬）。脫附完后，轉(zhuǎn)動(dòng)平面六通閥于“標(biāo)定”位置，往系統(tǒng)中注入已知體積（1或5毫升的純氮，記錄紙上又立即出現(xiàn)標(biāo)樣峰（圖16-3），算出標(biāo)樣峰面積A標(biāo)，根據(jù)A標(biāo)：V標(biāo)=A脫：V脫等式即可求得氮?dú)夥謮合聵悠返奈搅俊D16-3 吸附及脫附色譜圖以上完成了一個(gè)氮?dú)馄胶鈮毫ο挛搅康臏y(cè)定。然后改變氮?dú)饬魉?，每次遞增約3毫升/分），使相對(duì)壓力不超過0.3(保持在0.050.3范圍內(nèi))，按此步驟重復(fù)測(cè)定34點(diǎn),即

7、完成了一個(gè)樣品測(cè)試.8.記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫、大氣壓和Ps以備計(jì)算用。 五 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1 數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目見表1（以測(cè)定硅膠為例）。2 表中符號(hào)的意義G：樣品重量（克）PB：大氣壓（mmHg）T：室溫KPs：液氮飽和蒸汽壓（mmHg）、：分別為載氣氫氣和吸附質(zhì)氮?dú)廪D(zhuǎn)子流速計(jì)恒定的高度 、：分別為氫氣和氫氣、氮?dú)饣旌蠚馔ㄟ^皂沫流速計(jì)移動(dòng)10毫升的時(shí)間）（秒）、：分別為氫氣和氫氣、氮?dú)饣旌蠚獾牧魉伲ê辽?秒） ：N2的流速（毫升/秒）：混合氣中氮?dú)獾姆謮海╩mHg）(mmHg)A脫：氮?dú)獾拿摳椒迕娣e（cm2）A標(biāo)：氮?dú)獾臉?biāo)準(zhǔn)峰面積（cm2）f：V標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的校正值Vd：樣品吸附量3 數(shù)據(jù)處理流動(dòng)

8、吸附色譜法測(cè)定表面積，以B·E·T理論為依據(jù)，其吸附等溫式：式中：P=相對(duì)壓力 ：吸附氣體的吸附平衡壓力，即氮?dú)夥謮海ê撩坠?：吸附氣體在吸附溫度的飽和蒸汽壓（毫米汞柱） Vd：吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積（毫升） Vm：吸附氣體單層覆蓋樣品表面的吸附量（毫升） C：與吸附熱及氣體液化熱有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)體系一定時(shí)，Vm及C均為常數(shù)，以對(duì)P作圖，即得一直線，其斜率為、截距為，如以a表示斜率，b表示截距，則Vm及C分別為： 所以，比表面積（m2/g）其中： NA：阿佛加德羅常數(shù),表示一克分子吸附氣體所含的分子數(shù),其值為6.023×1023/克分子； AO：是一個(gè)吸附分

9、子的橫截面積，對(duì)于一個(gè)氮?dú)夥肿?AO=16.2附：用一點(diǎn)法計(jì)算表面積：在B·E·T方程中常數(shù)，式中的1為第一層吸附熱，2為凝聚熱，A是指前因子，在液氮溫度下，大多數(shù)固體表面對(duì)氮?dú)獾奈綗釘?shù)值（-1）比（-2）總是大好幾倍，所以C1，在B·E·T圖上截距b就很小，忽略不計(jì)不致引起很大誤差，于是可用一點(diǎn)法測(cè)比表面積，在此，于是，可在<0.3內(nèi)選擇一適當(dāng)?shù)南鄬?duì)壓力測(cè)定吸附值，在B·E·T圖上得到相應(yīng)的一點(diǎn)與原點(diǎn)聯(lián)作一直線，由其斜率a,根據(jù)上式求出Vm，即可求出比表面積Sg。由上式可知，一點(diǎn)法是應(yīng)用B·E·T方程在C

10、1時(shí)所作的近似計(jì)算法，可見C越大，這樣的近似計(jì)算越接近實(shí)際情況，氮?dú)庾魑劫|(zhì)時(shí)，在多數(shù)固體表面吸附的情況下C值較大，一點(diǎn)法所得結(jié)果誤差一般在10%以內(nèi)，對(duì)常規(guī)測(cè)試講，是能滿足需要的。用一點(diǎn)法時(shí)往往不需要作圖，由B·E·T方程知： Vm=Vd（1P）由此可得表面積：Sg=4.36（m2/g）將一點(diǎn)法的相對(duì)壓力和吸附量數(shù)值直接代入上式即可求出此表面積Sg。六 注意事項(xiàng) 1一定要在整個(gè)系統(tǒng)通氣流暢的情況下接通熱導(dǎo)電源，以防止熱導(dǎo)池中絲燒斷，既必須先開氣后開電源。2在傾倒-195液氮時(shí)，要注意安全操作，需戴橡皮手套，防止冷燙傷。3為保證達(dá)到吸附平衡，一般情況下應(yīng)在吸附峰出后，約需待10分鐘左右，再將液氮取下進(jìn)行脫附。4 每測(cè)一點(diǎn)須及時(shí)添加液，以保證實(shí)驗(yàn)條件相同。 5實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要先移走保溫杯，將液氮倒回液氮儲(chǔ)罐，后關(guān)閉電源，最后關(guān)閉鋼瓶總閥，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。表1 色譜法測(cè)定比表面積原始記錄 時(shí)間 年 月 日樣品名稱送檢者室溫處理?xiàng)l件H2流量總流量（H2+N2）N2流量N2分壓脫附峰A脫標(biāo)準(zhǔn)峰A標(biāo)面積比吸附量相對(duì)壓力P=PN2_PCP_Vd(1-P)轉(zhuǎn)子高度sec/10mlml/min轉(zhuǎn)子高度sec/10mlml/minml/minmmHg峰高