BET容量法测定固体比表面.docx

实验七 BET 容量法测定固体比表面一)实验目的了解气体在固体表面物理吸附的其本概念，掌握 BET 多分子层吸附理论的基本假设和BET二常数公式的应用；用BET容量法测定固体粉末的比表面二) 实验原理处于固体表面上的原子或分子有表面(过剩)自由能，当气体分子与其接触时，有一部 分会暂时停留在表面上，使得固体表面上气体的浓度大于气相中的浓度，这种现象称为气体 在固体表面上的吸附作用通常把能有效地吸附气体的固体称为吸附剂；被吸附的气体称为 吸附质吸附剂对吸附质吸附能力的大小由吸附剂、吸附质的性质，温度和压力决定吸附 量是描述吸附能力大小的重要的物理量，通常用单位质量(或单位表面面积)吸附剂在一定 温度下在吸附达到平衡时所吸附的吸附质的体积(或质量、摩尔数等)来表示对于一定化 学组成的吸附剂其吸附能力的大小还与其表面积的大小、孔的大小及分布、制备和处理条件 等因素有关一般应用的吸附剂都是多孔的，这种吸附剂的表面积主要由孔内的面积(内面 积)所决定 1 g 固体所具有的表面积称为比表面比表面和孔径大小及分布是描述吸附剂 的重要宏观结构参数.测定固体比表面的基本设想是测出在1 g吸附剂表面上某吸附质分子铺满一层所需的 分子数，再乘以该种物质每个分子所占的面积，即为该固体的比表面。

因而，比表面的测定 实质上是求出某种吸附质的单分子层饱和吸附量测定吸附量的一般原则是在一定的温度下将一定量的吸附剂置于吸附质气体中，达到 吸附平衡后根据吸附前后气体体积和压力的变化或直接称量的结果计算吸附量测定方法一 般分为动态法和静态法两种前者有常压流动法、色谱法等；后者有容量法、重量法等容量法是在精确测定过体积的真空体系中装入一定量的吸附剂，引入气体，在一定温 度下达到吸附平衡，根据气体压力因吸附而产生的变化计算吸附量对于一定的吸附剂和吸附质，在指定温度下吸附量与气体平衡压力的关系曲线称为吸 附等温线吸附等温线有多种类型，描述等温线的方程称为吸附等温式 BET 方程是多分 子层吸附理论中应用最广泛的等温式BET 理论的基本假设是：吸附剂表面是均匀的；吸附质分子间没有相互作用；吸附可以 是多分子层的；第二层以上的吸附热等于吸附质的液化热由这些假设出发可推导出 BET 二常数公式P 1 (C -1) P= +V(P -P) V C V CP (1)0 m m 0 (1)式中V是在气体平衡压力为P时的吸附量；V是单分子层饱和吸附量；P0是在吸附温度时 m0 吸附质气体的饱和蒸气压； C 是与吸附热有关的常数。

显然，若实验结果服从BET方程，则根据测定结果以P/V (P0-P)对P/P0作图可得 一直线，由该直线的斜率和截距可求出 Vm1斜率+截距m(2)若Vm以标准状态下的体积(ml)度量，贝I」比表面S为S = g(3)22400W式中：NA是Avogadro常数，是每个吸附质分子的截面积，W是吸附剂质量(g), 22400是 标准状态下1mol气体的体积(ml)吸附质分子的截面积可由多种方法求出，其中应用较多的一种可利用下式计算二 1.09M 丫/3N d丿A式中：M为吸附质的分子量，d为在吸附温度下吸附质的密度对于氮气，在78K时常取的值是 0.162nm2 (16.2&)BET二常数公式的应用范围是P/P0在0.05至0.35之间，这是在测定吸附量和数据处 理时要特别注意的当C>>1时（对于许多吸附剂在-196°C吸附氮时C值常都很大），式⑴可简化为PP(5)v（ p 0 - p）~ VT0 m 0即p/v（p0-p）对p/p0作图所得直线截距近于零，故而V = 1m斜率因此，在这种情况下只要选测P/P0在0.05至0.35间任一点的吸附量V值，即可按（5） 式计算出V此方法是在特定条件下BET法的简便方法，常称为一点法。

m（三）实验装置和试剂比表面与孔径分析仪一台，杜瓦瓶液氮，高纯氮气，高纯氦气四）实验步骤1、 样品的称量1） 取一洁净无破损的样品管，称其质量 M1（2） 装样品：一般小比表面积样品多装，大比表面积样品少装；根据经验，如果知道样品比 表面积范围，可以通过经验公式：样品质量（g） =10/样品比表面积（m2/g）估算，从而减 少测试误差，而且节省时间；但是最少称80mg以减少称量误差，最多不能超过样品管球体 体积的 3/4，否则会抽飞2、 安装样品管到样品预处理区域3、 打开氮气、氦气减压阀阀门，调节出气口压力至0.04 MPa4、 开电5、 打开软件，点击样品设置，设置处理温度已处理时间，开始样品处理6、 样品处理结束后拆下样品管，称量样品管与样品的共重M2,减去空管质量，样品质量 为 M2 - M17、 将称量后的样品管中加入填充棒，将其装到测试区域8、 点击软件中的实验设置，选择“BET比表面积测试”，气体模式选择“氮气+氦气”输 入样品名称、样品质量9、 检查无误后开始实验10、 待放置液氮对话框出现后，放好杜瓦瓶，点击确定，实验过程自动进行，注意观察吸附 等温线的变化情况主要测试过程包括首先将样品管抽到高真空，利用氦气测量样品管的体积。

然后将样品 冷却到液氮温度，注入一定量氮气到已知体积的样品管内由于氮气注入空体积而膨胀，导 致压力下降氮气充满空体积时的压力下降是能够计算的，因此可以通过压力的下降值来计 算气体吸附量在吸附过程中由高精度压力传感器监测压力的改变逐渐增加氮气的充入量， 因而可以得到不同平衡压力下的气体吸附量11、 实验完毕后，拿掉液氮，关闭电源五）数据处理1. 计算吸附剂比表面由吸附等温线上不同平衡压力时之吸附量，用P/P0在0.05〜0.35间的实验数据作P/V (P0-P)对P/P0的图，由所得直线求出其斜率和截距，进而求出单层饱和吸附量 V 比表面 S 可依(3)式求出m2. 用一点法计算比表面选取P/P0在0.05〜0.35间的任一组实验数据，依式(5)计算出V,再计算出比表面 0m与前计算结果比较之，由所得结果说明一点法的意义3. 列表表示实验数据和计算结果，并对实验方法和所得结果进行讨论六) 思考题1. BET 容量法测定固体表面积的原理2. 实验中的注意事项有哪些？分别对实验结果有什么影响？。