文档介绍：蚁羂蒀莅羀羁膀薀袆低温氮吸附法测定多孔材料的比表面积及孔隙分布
一、实验目的
(1)了解低温氮吸附法测定多孔材料的比表面积及孔隙分布的原理。
(2)掌握低温氮吸附法测定比表面积及孔隙分布的方法。
(3)掌握仪器的实际操作过程、软件使用方法
(4)学习分析实验结果和数据
二、实验概述
多孔材料的比表面积和孔隙分布测试在各行各业已逐步引起人们的普遍重视,是评价粉末及多孔材料的活性、吸附、催化等多种性能的一项重要参数。广泛应用于药品、陶瓷、活性炭、碳黑、油漆和涂料、医学植入体、推进燃料、航天隔绝材料、MOF储氢材料、碳纳米管和燃料电池的研究。
比表面及孔隙分布测试方法根据测试思路不同分为吸附法、透气法和其它方法,透气法是将待测粉体填装在透气管内震实到一定堆积密度,根据透气速率不同来确定粉体比表面积大小,比表面测试范围和精度都很有限;其它比表面积及孔隙分布测试方法有粒度估算法、显微镜观测估算法,已很少使用;其中吸附法比较常用且精度相对其它方法较高。吸附法是让一种吸附质分子吸附在待测粉末样品(吸附剂)表面,根据吸附量的多少来评价待测粉末样品的比表面及孔隙分布大小。根据吸附质的不同,吸附法分为低温氮吸附法、吸碘法、吸汞法和吸附其它分子方法;以氮分子作为吸附质的氮吸附法由于需要在液氮温度下进行吸附,又叫低温氮吸附法,这种方法中使用的吸附质--氮分子性质稳定、分子直径小、安全无毒、来源广泛,是理想的且是目前主要的吸附法比表面及孔隙分布测试吸附质。
三、实验原理
1、比表面积测试原理
比表面积是指1g固体物质的总表面积,即物质晶格内部的内表面积和晶格外部的外表面积之和。低温吸附法测定固体比表面和孔径分布是依据气体在固体表面的吸附规律。在恒定温度下,在平衡状态时,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
曲线称为吸附等温线,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。
(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)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)
(1)
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
以对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
(2)
式中:Vm用ml表示,W 用g表示,得到是的比表面Sg为(㎡/g)。
(2)BET吸附等温线方程――多层吸附理论
BET法的原理是物质表面(颗粒外部和内部通孔的表面)在低温下发生物理吸附,目前被公认为测量固体比表面的标准方法。
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二层吸附,第二层上又可能产生第三层吸附,吸附平衡时,各层达到各层的吸附平衡时,测量平衡吸附压力和吸附气体量。所以吸附法测得的表面积实质上是吸附质分子所能达到的材料的外表面和内部通孔总表面之和。BET吸附等温方程:
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
求出单分子层吸附量