色譜法測定固體催化劑的表面積

化工專業(yè)實驗報告實驗名稱：—色譜法測定固體催化劑的表面積實驗人員： 同組人： 實驗地點：天大化工技術(shù)實驗中心_室實驗時間： 班級/學號：_級_班_組_號指導教師： 實驗成績： 一、實驗目的1.掌握用流動吸附色譜法測定催化劑比表面積的方法。2.通過實驗了解BET多層吸附理論在測定比表面積方面的應(yīng)用。二、實驗原理催化劑的表面積是其重要的物性之一。表面積的大小直接影響催化劑的效能。因此在催化劑研究、制造和應(yīng)用的過程中，測定催化劑的表面積是十分重要的。固體催化劑表面積的測定方法較多。經(jīng)典的BET法，由于設(shè)備復雜、安裝麻煩，應(yīng)用受到一定限制。氣相色譜的發(fā)展，為催化劑表面積測定提供了一種快速方法。色譜法測定催化劑固體表面積，不需要復雜的真空系統(tǒng)，不接觸水銀，操作和數(shù)據(jù)處理較簡單，因此在實驗室和工廠中的到了廣泛應(yīng)用。色譜法色譜法測固體比表面積是以氮為吸附質(zhì)、以氫氣或氦氣作為載氣，二者按一定的比例通入樣品管，當裝有待測樣品的樣品管浸入液氮時，混合氣中的氮氣被樣品所吸附，而載氣不被吸附，He-N2混氣或H2-N2混氣的比例發(fā)生變化。這時在記錄以上出現(xiàn)吸附峰。各種氣體的導熱系數(shù)不盡相同，氫和氦的導熱系數(shù)比氮要大得多，具體各種氣體的導熱系數(shù)如下表氣體組分H2HeNeO2N2導熱系數(shù)Cal/cm*sec*co*lO539.733.610.875.75.66同樣，在隨后的每個樣品解吸過程中，被吸附的N又釋放出來。氮、氦氣體比例的變化2導致熱導池與匹配電阻所構(gòu)成的惠斯登電橋中A、B二端電位失去平衡，計算機通過采樣板將它記錄下來得到一個近似于正態(tài)分布的電位－時間曲線，稱為脫附峰。最后在混合氣中注入已知體積的純氮，得到一個校正峰。根據(jù)校正峰和脫附峰的峰面積，即可計算在該相對壓力下樣品的吸附量。改變氮氣和載氣的混合比，可以測出幾個氮的相對壓力下的吸附量，從而可據(jù)BET公式計算表面積。BET公式：P/V(P0-P)=1/VmC+(C-1)/VmC*P/P0(1)式中：P—氮氣分壓，Pa；P0—吸附溫度下液氮的飽和蒸氣壓，Pa；V—待測樣品表面形成單分子層所需要的N體積，ml；m2v—待測樣品所吸附氣體的總體積，ml；C—與吸附有關(guān)的常數(shù)。其中V=標定氣體體積X待測樣品峰面積/標定氣體峰面積標定氣體體積需經(jīng)過溫度和壓力的校正轉(zhuǎn)換成標準狀況下的體積。以P/[V(P0-P)]對P/P作圖，可得一條直線，其斜率為(C-1)/(VC)，截距為1/(VC),由此可得：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"m mV=1/(斜率+截距) (2)m若知每個被吸附分子的截面積，可求出催化劑的表面積，即\o"CurrentDocument"S=(VNA)/(22400W) (3)gmAm式中S 催化劑的比表面積，m2/g；gNA——阿弗加德羅常數(shù)；A 被吸附氣體分子的橫截面積，其值為16.2X10-2血；mW——待測樣品重量，g；BET公式的使用范圍P/P0=0.05?0.35，相對壓力超過此范圍可能發(fā)生毛細管凝聚現(xiàn)象三、實驗流程本實驗采用3H-2000II型氮吸附比表面儀用色譜法測定催化劑的比表面，見圖1。四、實驗步驟打開載氣減壓閥調(diào)節(jié)載氣流量為100ml/min左右，等待10T5min左右使其流量穩(wěn)定后用皂膜流量計準確測量，并在整個實驗過程中保持載氣流速不變，將六通閥置于“測量位”。為使流量穩(wěn)定，若載氣為H2，則氫氣減壓閥減壓表示數(shù)應(yīng)在0.1MPa以上打開吸附儀電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電流旋鈕至最大，調(diào)節(jié)電壓使電流為100mA，等待5-10min至調(diào)零顯示穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)熱導池電位粗調(diào)、細調(diào)旋鈕，使熱導池平衡，即調(diào)零輸出信號為0。減壓閥表示數(shù)應(yīng)在0.4MPa以上)低溫吸附將兩個盛滿液氮的液氮杯放在從左至右的兩個升降臺上，調(diào)零后點擊［吸附］，接下來轉(zhuǎn)動升降開關(guān)使兩個液氮杯同時上升，中間間隔5-10s(間隔時間視待測樣品比表面積而定，待測樣品比表面積越大，間隔時間相應(yīng)要加長，其目的為防止樣品管內(nèi)氣體瞬間冷縮和被吸附，將空氣倒吸入熱導池內(nèi)）待調(diào)零顯示基本穩(wěn)定后，可認為吸附平衡，點擊［完成］，調(diào)零，準備脫附。10）升溫脫附，先調(diào)零，點擊［開始］，降下第一個樣品位的液氮，得到第一個待測樣品的脫附峰和峰面積，待調(diào)零顯示歸零后，同上，對第二個待測樣品進行脫附。待測樣品脫附完畢后，將六通閥轉(zhuǎn)至“標定位”，得到標定氣體的峰和峰面積。（注意：如果對一個樣品脫附結(jié)束后，調(diào)零顯示沒有完全回到零點，需要人為手動調(diào)零后，再繼續(xù)下一個樣品的脫附或標定）。記錄各峰面積，完成一個分壓點下的測定。（11）進行下一個分壓點下的測量。若H2流量沒有變化，則只用改變N2流量（每次較前一次增加約7-10ml，流量越大增加量應(yīng)越大，使％分壓平均分布在0.05-0.30之間），用皂膜流量計準確測量混合氣體總流量。按步驟8-11重復操作4-5次，完成一組樣品的實驗測定。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1.實驗條件：實驗大氣壓為101325Pa表1-比表面積測試儀器的性質(zhì)（4號設(shè)備）樣品質(zhì)里（mg）比表面積（m2/g）死體積（mm）所用定量管長度（mm）4-1726.19.11153364-2400.431.6115336載氣及混合氣流量測定數(shù)據(jù)表：（氣膜流過20mL體積所需時間t）表2-載氣及混合氣流量測定數(shù)據(jù)實驗項目t/s平均時間/s混合氣流量/ml/min氮氣流量/ml/minH210.2510.27116.85010.2510.31混合氣19.319.31128.8912.049.319.31混合氣28.448.45142.0125.168.47

8.44混合氣37.977.99150.1933.348.008.00混合氣47.357.32163.9347.087.327.28計算示例：(以混合氣4為例)流過20mL體積所需平均時間=(7.35+7.32+7.28)/3=7.32s,故混合氣流量為20—7.32x60=163.93ml/min；氮氣流量為163.93—116.85=47.08ml/min。3.色譜吸附脫附數(shù)據(jù)記錄表3-色譜脫附數(shù)據(jù)混合氣1混合氣2混合氣3混合氣4樣品1峰面積33965363093557034703樣品2峰面積67159684426723866035標定峰面積56560498884462740294溫度/°c21.321.621.822.34.數(shù)據(jù)處理表4-數(shù)據(jù)處理混合氣1混合氣2混合氣3混合氣4氮氣流量/ml/min12.0425.1633.3447.08P/Pa10400.3317951.8122492.6829100.11樣品1V1/ml1.1381.3781.5091.627樣品2V2/ml2.2512.5982.8523.097P/P00.09830.16970.21270.2751P/[V1(P0-P)]0.09590.14830.17900.2333P/[V2(P0-P)]0.04850.07870.09470.1226

備注：混合氣4超出BET公式處理范圍，不予處理(氮氣分壓P;待測樣品吸附氣體總體積V；吸附溫度下液氮飽和蒸氣壓P°)計算示例：(以混合氣1為例)氮氣流量為12.04ml/min，故氮氣分壓P=氮氣摩爾分率x標準大氣壓=12.04/116.85xl01325=10440.33Pa；吸附溫度下液氮的飽和蒸氣壓P0為793.3mmHg，合101325x793.3/760=105764.63Pa,故P/P0=1O4OO.33/1O5764.63=O.O943；標定氣體體積的校正為：4.5322x(0.115+0.336)x273.15/(273.15+21.30)=1.896ml故待測樣品1吸附氣體總體積V]=1.896X33965/5656O=1.138ml,待測樣品2吸附氣體總體積V2=1.896X67159/56560=2.251ml；由此可計算出P/[V1(P0-P)]=0.0959；P/[V2(P0-P)]=0.0485。5.作圖由實驗結(jié)果，以P/[V(P0-P)]對卩化作圖求出斜率和截距，再由式(2)和式(3)即可求出樣品的比表面積。End018-01E-014-0End018-01E-014-012-010-0.080.10 012 014 016 00.080.10 012 014 016 01S0.20囹2P/(V1{Pt)-P)WP/P0^0.10^(nAdm>￡0.09-0.08-0.07-0.0G-0.06-DalaiDala1_C0.10^(nAdm>￡0.09-0.08-0.07-0.0G-0.06-DalaiDala1_CModel:LmeEquaIlion:j-A+B*xWeighllngi:y iNoweQhlhgChr2.rDoF-1.217SE-6IRA2 -OJ99SS9a a.aas95 ±0.00226B 0.4057S ±0.01350.03 0.10 0.12 0..14 0..1& 0.18 0.20 0.220.圖2P/[V2(P0-P)]對P/PO圖 P/P0表11樣品線性擬合數(shù)據(jù)樣品斜率截距4-10.727160.024554-20.405780.00895對樣品2-1根據(jù)公式V=1/(斜率+截距)和S=(VNAA)/(22400W)m gmAm得Sg=(NAAm)/(22400W(斜率+截距)=6.02*1023*16.2*10-20/0.7261/22400/(0.72716+0.02455)=7.98m2/g相對誤差為|9.1-7.98|/9.1*100%=12.3%同理得到樣品4-2的比表面積為26.04m2/g相對誤差為17.6%六、思考題單分子層和多分子層吸附的主要區(qū)別是什么？請簡述其要點。答：多分子層吸附是指被吸附了的分子發(fā)生再吸附的現(xiàn)象，而單分子層則只在吸附劑表面形成一單分子層吸附。實驗中相對壓力為什么要控制在0.05?0.35之間？答：BET公式的使用范圍P/P0=0.05?0.35，相對壓力超過此范圍可能發(fā)生毛細管凝聚現(xiàn)象。定量管體積是固定的，為什么每作一個實驗點都要進行標定？答：原因：雖然定量管的體積是固定的，但是在每個實驗點實驗時V2的流速是變化的，因此標定氣體體