氮氣吸附脫附測量比表面積,主講人：,Page 2,目錄,簡 介,01,原 理,02,05,06,測試方法分類,03,簡 介,比表面積分析測試方法有多種，其中氣體吸附法因其測試原理的科學(xué)性，測試過程的可靠性，測試結(jié)果的一致性，在國內(nèi)外各行各業(yè)中被廣泛采用，并逐漸取代了其它比表面積測試方法，成為公認(rèn)的最權(quán)威測試方法。 許多國際標(biāo)準(zhǔn)組織都已將氣體吸附法列為比表面積測試標(biāo)準(zhǔn)，如美國ASTM的D3037，國際ISO標(biāo)準(zhǔn)組織的ISO-9277。我國比表面積測試有許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中最具代表性的是國標(biāo)GB/T19587-2004 氣體吸附BET法測定固體物質(zhì)比表面積。,原 理,Page 4,氣體吸附法測定比表面積原理，是依據(jù)氣體在固體表面的吸附特性，在一定的壓力下，被測樣品顆粒（吸附劑）表面在超低溫下對氣體分子（吸附質(zhì)）具有可逆物理吸附作用，并對應(yīng)一定壓力存在確定的平衡吸附量。通過測定出該平衡吸附量，利用理論模型來等效求出被測樣品的比表面積。由于實際顆粒外表面的不規(guī)則性，嚴(yán)格來講，該方法測定的是吸附質(zhì)分子所能到達(dá)的顆粒外表面和內(nèi)部通孔總表面積之和，如圖：,原 理,氮氣因其易獲得性和良好的可逆吸附特性，成為最常用的吸附質(zhì)。通過這種方法測定的比表面積我們稱之為“等效”比表面積，所謂“等效”的概念是指：樣品的比表面積是通過其表面密排包覆（吸附）的氮氣分子數(shù)量和分子最大橫截面積來表征。 實際測定出氮氣分子在樣品表面平衡飽和吸附量（V），通過不同理論模型計算出單層飽和吸附量（Vm），進(jìn)而得出分子個數(shù)，采用表面密排六方模型計算出氮氣分子等效最大橫截面積(Am)，即可求出被測樣品的比表面積。計算公式如下：,Page 5,原 理,Page 6,sg: 被測樣品比表面積 (m2/g) Vm: 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氮氣分子單層飽和吸附量（ml） Am: 氮分子等效最大橫截面積（密排六方理論值A(chǔ)m = 0.162 nm2） W: 被測樣品質(zhì)量（g） N: 阿佛加德羅常數(shù) （6.02x1023） 代入上述數(shù)據(jù)，得到氮吸附法計算比表面積的基本公式,測試方法分類,比表面積測試方法有兩種分類標(biāo)準(zhǔn) 一是根據(jù)測定樣品吸附氣體量多少方法的不同，可分為：連續(xù)流動法、容量法及重量法，重量法現(xiàn)在基本上很少采用； 再者是根據(jù)計算比表面積理論方法不同可分為：直接對比法比表面積分析測定、Langmuir法比表面積分析測定和BET法比表面積分析測定等。同時這兩種分類標(biāo)準(zhǔn)又有著一定的聯(lián)系，直接對比法只能采用連續(xù)流動法來測定吸附氣體量的多少，而BET法既可以采用連續(xù)流動法，也可以采用容量法來測定吸附氣體量。,Page 7,測試方法分類,連續(xù)流動法 連續(xù)流動法是相對于靜態(tài)法而言，整個測試過程是在常壓下進(jìn)行，吸附劑是在處于連續(xù)流動的狀態(tài)下被吸附。連續(xù)流動法是在氣相色譜原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，藉由熱導(dǎo)檢測器來測定樣品吸附氣體量的多少。連續(xù)動態(tài)氮吸附是以氮氣為吸附氣，以氦氣或氫氣為載氣,兩種氣體按一定比例混合，使氮氣達(dá)到指定的相對壓力，流經(jīng)樣品顆粒表面。,Page 8,測試方法分類,當(dāng)樣品管置于液氮環(huán)境下時，粉體材料對混合氣中的氮氣發(fā)生物理吸附，而載氣不會被吸附，造成混合氣體成分比例變化，從而導(dǎo)致熱導(dǎo)系數(shù)變化，這時就能從熱導(dǎo)檢測器中檢測到信號電壓，即出現(xiàn)吸附峰。 吸附飽和后讓樣品重新回到室溫，被吸附的氮氣就會脫附出來，形成與吸附峰相反的脫附峰。,Page 9,測試方法分類,吸附峰或脫附峰的面積大小正比于樣品表面吸附的氮氣量的多少，可通過定量氣體來標(biāo)定峰面積所代表的氮氣量。通過測定一系列氮氣分壓P/P0下樣品吸附氮氣量，可繪制出氮等溫吸附或脫附曲線，進(jìn)而求出比表面積。通常利用脫附峰來計算比表面積。 特點：連續(xù)流動法測試過程操作簡單，消除系統(tǒng)誤差能力強(qiáng)，同時具有可采用直接對比法和BET方法進(jìn)行比表面積理論計算。,Page 10,測試方法分類,Page 11,容量法 容量法中，測定樣品吸附氣體量多少是利用氣態(tài)方程來計算。在預(yù)抽真空的密閉系統(tǒng)中導(dǎo)入一定量的吸附氣體，通過測定出樣品吸脫附導(dǎo)致的密閉系統(tǒng)中氣體壓力變化，利用氣態(tài)方程P*V/T=nR換算出被吸附氣體摩爾數(shù)變化。,測試方法分類,直接對比法 直接對比法比表面積分析測試是利用連續(xù)流動法來測定吸附氣體量，測定過程中需要選用標(biāo)準(zhǔn)樣品（經(jīng)嚴(yán)格標(biāo)定比表面積的穩(wěn)定物質(zhì)）。并聯(lián)到與被測樣品完全相同的測試氣路中，通過與被測樣品同時進(jìn)行吸附，分別進(jìn)行脫附，測定出各自的脫附峰。,Page 12,測試方法分類,在相同的吸附和脫附條件下，被測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的比表面積正比于其峰面積大小。計算公式如下： Sx：被測樣品比表面積 S0：標(biāo)準(zhǔn)樣品比表面積， Ax：被測樣品脫附峰面積 A0：標(biāo)準(zhǔn)樣品脫附峰面積 Wx：被測樣品質(zhì)量 W0：標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量,Page 13,測試方法分類,優(yōu)點：無需實際標(biāo)定吸附氮氣量體積和進(jìn)行復(fù)雜的理論計算即可求得比表面積；測試操作簡單，測試速度快，效率高 缺點：當(dāng)標(biāo)樣和被測樣品的表面吸附特性相差很大時，如吸附層數(shù)不同，測試結(jié)果誤差會較大。直接對比法僅適用于與標(biāo)準(zhǔn)樣品吸附特性相接近的樣品測量，由于BET法具有更可靠的理論依據(jù)，目前國內(nèi)外更普遍認(rèn)可BET法比表面積測定。,Page 14,測試方法分類,BET比表面積測定法 BET理論計算是建立在Brunauer、Emmett和Teller三人從經(jīng)典統(tǒng)計理論推導(dǎo)出的多分子層吸附公式基礎(chǔ)上，即著名的BET方程： P: 吸附質(zhì)分壓 P0: 吸附劑飽和蒸汽壓 V: 樣品實際吸附量 Vm: 單層飽和吸附量 C：與樣品吸附能力相關(guān)的常數(shù),Page 15,測試方法分類,由上式可以看出，BET方程建立了單層飽和吸附量Vm與多層吸附量V之間的數(shù)量關(guān)系，為比表面積測定提供了很好的理論基礎(chǔ)。 BET方程是建立在多層吸附的理論基礎(chǔ)之上，與許多物質(zhì)的實際吸附過程更接近，因此測試結(jié)果可靠性更高。實際測試過程中，通常實測3-5組被測樣品在不同氣體分壓下多層吸附量V，以P/P0為X軸，為Y為Y軸，由BET方程做圖進(jìn)行