實驗十六流動吸附色譜法測定催化劑的比表面積

1、實驗十六 流動吸附色譜法測定催化劑的比表面積一 實驗?zāi)康? 明確固體催化劑比表面積測試的意義。2 熟悉裝置，了解吸附原理，掌握測試方法。3 掌握流動吸附色譜法計算面積的方法B·E·T計算法。二實驗原理測定表面積是根據(jù)氣體吸附理論來進行的，吸附量的測定方法有靜態(tài)的BET法（重量法、容量法）和流動的氣相色譜法，色譜法的特點是不需要真空裝置，方法簡單、迅速、安全。該法所用的流動氣體是一種吸附質(zhì)與一種惰性氣體的混合物，通常采用氮氣作為吸附質(zhì)，氦氣作載氣。由于條件限制，本實驗采用氮氣作吸附質(zhì)，氫氣作載氣，氮氣、氫氣以一定比例混合，達(dá)到一定的相對壓力，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，樣品對混合氣中的氮氣發(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，除去液氮，溫度升高。氮氣又從樣品聲脫附而出，混合氣體的濃度變化用熱導(dǎo)池檢測器記錄下來，由脫附峰與已知的一定氮氣量出的標(biāo)準(zhǔn)峰面積比（直接標(biāo)定），即可計算出此氮氣分壓下的吸附量。按照B·E·T式計算單分子層飽和吸附量，從而求出催化劑表面積。三 實驗裝置實驗裝置如圖16-1所示：圖16-1 流動吸附色譜法測定催化劑比表面積流程示意圖1氮氣、氫氣鋼瓶；2減壓閥；3凈化器；4穩(wěn)流閥；5轉(zhuǎn)子流量計；6混合器；71號冷阱；8熱導(dǎo)池；9恒溫箱；10標(biāo)準(zhǔn)六通閥；112號冷阱；12皂

3、沫流量計；13平衡電橋；14XWC100型電子電位差計；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），然后把它裝到測定儀的樣品管接口上（為防止藥品進入儀器，管口用藥棉堵上）。2 測試液氮的飽和蒸汽壓Ps。由于每次實驗時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，每次實驗都必須測定當(dāng)時的液氮飽和蒸汽壓，本實驗用氧蒸汽溫度計測定液氮的實際溫度，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，將氧蒸汽溫度計的水銀集中到刻度下，把測

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，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冷阱上，首先冷凝除去一些混在氫氣中的低沸點雜質(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，吹掃半小時后，停止加熱冷卻至室溫。4 測定載氣流速調(diào)

5、節(jié)氫氣流速為5060ml/min，待流速穩(wěn)定后，用皂沫流量計精確測出流速（ml/min）以后在整個測定中必須保持該流速不變。5 調(diào)節(jié)氮氣流速打開氮氣（Pa=5公斤/cm2），調(diào)節(jié)氮氣流速為35ml/min，待兩種氣體混合均勻后，用皂沫流量計精確測定氮氣和氫氣混合氣總流速（RTml/min）,由此可求出氮氣的流速及根據(jù)大氣壓算出氮氣分壓。6 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“測試”位置，開動記錄儀，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 測試樣品基線穩(wěn)定后，即可將液氮保溫杯套在樣品管上，隨即出現(xiàn)吸

6、附峰（圖四A）。在一定氮氣分壓下，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時，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脫等式即可求得氮氣分壓下樣品的吸附量。圖16-3 吸附及脫附色譜圖以上完成了一個氮氣平衡壓力下吸附量的測定。然后改變氮氣流速，每次遞增約3毫升/分），使相對壓力不超過0.3(保持在0.050.3范圍內(nèi))，按此步驟重復(fù)測定34點,即完成了一個樣品測試.8.記錄實驗時的室溫、大氣

7、壓和Ps以備計算用。 五 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理1 數(shù)據(jù)記錄項目見表1（以測定硅膠為例）。2 表中符號的意義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)氮氣轉(zhuǎn)子流速計恒定的高度 、：分別為氫氣和氫氣、氮氣混合氣通過皂沫流速計移動10毫升的時間）（秒）、：分別為氫氣和氫氣、氮氣混合氣的流速（毫升/秒） ：N2的流速（毫升/秒）：混合氣中氮氣的分壓（mmHg）(mmHg)A脫：氮氣的脫附峰面積（cm2）A標(biāo)：氮氣的標(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)處理流動吸附色譜法測定表面積，以B·E

8、83;T理論為依據(jù)，其吸附等溫式：式中：P=相對壓力 ：吸附氣體的吸附平衡壓力，即氮氣分壓（毫米汞柱） ：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，Vm及C均為常數(shù)，以對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),×1023/克分子； AO：是一個吸附分子的橫截面積，對于一個氮氣分子 AO附：用一點法計算表面積：在B·E·T方程

9、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)固體表面對氮氣的吸附熱數(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，忽略不計不致引起很大誤差，于是可用一點法測比表面積，在此，于是，可在<0.3內(nèi)選擇一適當(dāng)?shù)南鄬毫y定吸附值，在B·E·T圖上得到相應(yīng)的一點與原點聯(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，一點法是應(yīng)用B·E·T方程在C1時所作的近似計算法，可見C越大，這樣的近似計算越接近實際情況，氮氣作吸附質(zhì)時，在多數(shù)固體表面吸附的情況下

10、C值較大，一點法所得結(jié)果誤差一般在10%以內(nèi)，對常規(guī)測試講，是能滿足需要的。用一點法時往往不需要作圖，由B·E·T方程知： Vm=Vd（1P）由此可得表面積：Sg（m2/g）將一點法的相對壓力和吸附量數(shù)值直接代入上式即可求出此表面積Sg。六 注意事項 1一定要在整個系統(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，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，再將液氮取下進行脫附。4 每測一點須及時添加液，以保證實驗條件相同。 5實驗結(jié)束后要先移走保溫杯，將液氮倒回液氮儲罐，后關(guān)閉電源，最后關(guān)閉鋼瓶總閥，然后對實驗結(jié)果進行討論。表1 色譜法測定比表面積原始記錄 時間 年 月 日樣品名稱送檢者室溫處理條件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)面積比吸附量相對壓力P=PN2_PCP_Vd(1-P)轉(zhuǎn)子高度sec/10mlml/min轉(zhuǎn)子高度sec/10mlml/mi