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气体吸附法测定比表面积时应如何选择吸附质
点击次数:160 发布时间:2018-09-29 返回
     气体吸附法测定比表面积原理,是依据气体在固体表面的吸附特性,在一定的压力下,被测样品颗粒(吸附剂)表面在超低温下对气体分子(吸附质)具有可逆物理吸附作用,并对应一定压力存在确定的平衡吸附量。通过测定出该平衡吸附量,利用理论模型来等效求出被测样品的比表面积、孔容积及孔径分布。

    高纯氮气以及液氮(冷却剂)因其易获得性和良好的可逆吸附特性,成为最常用的吸附质,广泛用于比表面积的测定。对于孔道较小,扩散较慢的微孔样品,如:分子筛及活性炭等样品;以及比表面积较小的样品,如:天然矿石,有机材料等,氮气做吸附气体存在局限性,可以选择氩气,二氧化碳气,氪气等做吸附气体。

    氩气作为吸附气体可以在87K液氩温度或者77K的液氮温度下在材料表面发生稳定吸附,在分子筛样品微孔测试方面广泛应用。主要存在以下三方面原因:

    1. 氮分子是极性分子且存在四极偶距,加强了吸附质分子与不均匀的分子筛孔壁之间的作用力,容易发生特性吸附,给识别不同孔径分子筛带来难度;相对氮分子,氩气分子是球形的非极性的单原子分子,能得到更精确的微孔分布。

    2. 对于一个确定的孔宽,氮气比氩气需要更低的P/P0。故选用氩气做吸附气体,微孔吸附能在较高的P/P0点进行,有利于提高测试精度。

    3. 氩气可以选在87K的液氩温度吸附,提高冷浴的温度,有利于缩短平衡时间,提高测试效率。

    氩气做吸附气体测试其局限性在于孔径大于12nm后毛细凝聚就会消失,所以,一般只能用于微孔测试。

    对于微孔较多的活性炭样品,可以选择用二氧化碳做吸附质,在冰点吸附,主要用于活性炭饱和吸附能力的测试。二氧化碳的冰点(273K)吸附相对氩气、氮气的吸附温度(77K或者87K)提高了很多,大大提高了气体扩散速度。故对活性炭样品,选择二氧化碳在冰点吸附,具有效率高,易扩散,容易得到饱和吸附量的特点,更适合于活性炭饱和吸附能力的测试。但是,二氧化碳冰点的饱和蒸汽压(3485.3KPa)太高,只能在微孔范围内吸附,不能达到更高P/P0压力点,除非选用高压吸附仪。

    对于比表面积较小的金属粉末,有机材料以及一些天然的矿石可以选用氪气做吸附气体。

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