實(shí)驗(yàn)十三 固體顆粒孔容積的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)十三固體顆?？兹莘e的測(cè)定固體顆?？兹莘eVC是指每克固體顆粒內(nèi)部微孔所占據(jù)的體積，其值對(duì)它的物理化學(xué)性能（例如壽命、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性等）有很大的影響，尤其是它還會(huì)影響催化與非催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，例如反應(yīng)速率常數(shù)、活化能，甚至反應(yīng)級(jí)數(shù)。因此，研究固體顆粒的孔結(jié)構(gòu)重要參數(shù)之一的孔容積，對(duì)催化劑的評(píng)價(jià)與新型催化劑的開(kāi)發(fā)均具有重要意義。一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解孔容積的定義、作用及測(cè)定原理；（2） 掌握孔容積測(cè)定的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；（3） 用四氯化碳吸附法測(cè)出活性氧化鋁的孔容積值。二實(shí)驗(yàn)原理與方法測(cè)定孔容積的方法有沸騰法、氦汞置換法。沸騰法是將已知質(zhì)量的固體顆粒試樣浸入水一類(lèi)的液體（如苯）中進(jìn)行沸騰，在微孔中

2、空氣被置換后，將試樣外表面擦干并稱(chēng)重，以試樣的增重除以液體的密度即得孔容積。氦汞置換法是在恒定的大氣壓下，測(cè)定容器中被固體顆粒試樣置換的氦體積，將氦換成汞，再測(cè)定置換的汞體積。測(cè)定時(shí)要預(yù)先將固體顆粒經(jīng)過(guò)真空加熱處理。由于在大氣壓下汞不能透入絕大多數(shù)催化劑的惟恐，只能填充入顆粒間的空隙，所以?xún)纱螠y(cè)得的體積之差即為催化劑試樣的容積：（1）式中：VC每克固體顆粒的孔容積，（cm3/g）; VHg被試樣置換的汞體積，（cm3）； VHe被試樣置換的氦體積，（cm3）； mC固體顆粒試樣的質(zhì)量，（g）;氣體和蒸汽在多孔物質(zhì)上的吸附，在相對(duì)壓力較高時(shí)，會(huì)在孔中出現(xiàn)的毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象，被凝聚的孔大小與相對(duì)壓力

3、之間的關(guān)系可用凱爾文公式表示： （2）式中：r可被凝聚的最大孔半徑，（）； 凝聚液的表面張力，（10-5N/cm）; v凝聚液的克分子體積，（ml/mol）; 凝聚液與多孔物質(zhì)的接觸角； R 氣體常數(shù)； T測(cè)定時(shí)的溫度，（K）； p吸附系統(tǒng)壓力； p0溫度T時(shí)吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓。 由此可知，在一定溫度下吸附物質(zhì)在不同孔半徑在不同半徑的毛細(xì)管中凝聚時(shí)，隨著吸附質(zhì)相對(duì)壓力p/p0的增大，可被凝聚的孔也增大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)p/p0>0.95時(shí)，在顆粒之間的空隙也將發(fā)生凝聚，這樣就會(huì)使測(cè)定的VC值偏高而不真實(shí)，所以，通常實(shí)驗(yàn)即確定在p/p0=0.95的條件下進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)采用吸附法，一四氯化碳為吸附

4、質(zhì)為了控制p/p0=0.95的實(shí)驗(yàn)條件，加入一定量的十六烷（C16H34）來(lái)調(diào)節(jié)。用下式計(jì)算多孔固體顆粒的孔容積： （3）式中：樣品和容量瓶共同吸附的CCl4量，（g）； 空瓶吸附的CCl4量，（g）； W樣樣品的重量，（g）; d實(shí)驗(yàn)條件下四氯化碳的密度，根據(jù)吸附溫度查表1或其它資料，（g/ml）。表1 不同溫度下四氯化碳的密度溫度t/01017.6202530密度g/ml1.631.611.601.591.581.57三實(shí)驗(yàn)流程與說(shuō)明吸附法孔容積測(cè)定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)圖13-1。圖13-1 四氯化碳吸附法孔容積測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程示意圖1 真空泵；2旋塞；3緩沖瓶；4水銀壓力計(jì)；5活性炭吸附器；6硅膠吸附

5、器；7冷阱；8真空塔干燥器；9儲(chǔ)液瓶；10旋塞；為了減少空氣及其它氣體的影響，實(shí)驗(yàn)要在真空下進(jìn)行，但由于真空度要求不高，所以用旋轉(zhuǎn)真空泵即可。為了避免四氯化碳蒸汽破壞真空泵油，設(shè)置冰鹽冷阱，即在冷阱中加入冰塊與食鹽，將四氯化碳蒸汽在此冷凝下來(lái)。設(shè)置硅膠和活性炭吸附器是為了除去少量的水蒸氣及微量的有機(jī)蒸汽。四 實(shí)驗(yàn)操作步驟 （1）試樣的預(yù)處理取177420m粒度的活性氧化鋁置于馬沸爐中在450下烘烤2小時(shí)，取出存于干燥器中，冷至室溫。（2）配制CCl4C16H34混合液量取174ml CCl4,加26.2ml C16H34,再加16ml CCl4以補(bǔ)償在冷阱中冷凝的CCl4。此溶液的體積百分比濃

6、度為：CCl486.9%，C16H3413.1%，溶液的折光指數(shù)為1.4571.458，保持p/p0=0.95,將次溶液倒入儲(chǔ)液瓶9中并關(guān)閉旋塞10。（3）在兩個(gè)已知重量的稱(chēng)量瓶中分別精確稱(chēng)量12g已經(jīng)預(yù)處理的樣品，放到真空干燥器的托盤(pán)上，同時(shí)放入一個(gè)已知重量的空稱(chēng)量瓶，蓋上蓋子。（4） 啟動(dòng)真空泵，打開(kāi)旋塞2，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽氣與氣密性檢驗(yàn)。 （5）重新啟動(dòng)真空泵，待水銀壓力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后，開(kāi)旋塞10，使溶液進(jìn)入真空干燥器的下部。干燥器下部預(yù)先放23粒瓷片。（6）當(dāng)四氯化碳在冷阱中的冷凝量達(dá)到10ml左右時(shí)，關(guān)閉旋塞2，停止抽氣，在室溫下放置416小時(shí)，使吸附達(dá)到平衡，并記下吸附溫度。（7）將空氣緩慢放入干燥器，移開(kāi)干燥器蓋子，迅速蓋緊稱(chēng)量瓶蓋后取出稱(chēng)量。（8）稱(chēng)量西服少量四氯化碳的空稱(chēng)量瓶的重量，以獲得。五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目四氯化碳吸附法固體顆?？兹莘e測(cè)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目參見(jiàn)表2表2 四氯化碳吸附法測(cè)定的原始數(shù)據(jù)項(xiàng)目序號(hào)/ml/mlW瓶/gW空/gW樣/gp真/Pat吸/W總/gW空總/g12121212五 驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容（1） 說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求；（2） 敘述實(shí)驗(yàn)原理與方法；（3） 繪制實(shí)驗(yàn)流程圖；（4） 記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程步驟；（5） 列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果；（6） 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與方法分析評(píng)論。六 討論（1） 試分析不同測(cè)