比表面積測(cè)試方法及其系統(tǒng)誤差

1、比表面測(cè)試方法根據(jù)測(cè)試思路不同分為吸附法、透氣法和其它方法，透氣法是將待測(cè)粉體填裝在透氣管內(nèi)震實(shí)到一定堆積密度，根據(jù)透氣速率不同來(lái)確定粉體比表面積大小，比表面測(cè)試范圍和精度都很有限；其它比表面積測(cè)試方法有粒度估算法、 顯微鏡觀測(cè)估算法，已很少使用；其中吸附法比較常用且精度相對(duì)其它方法較高； 比表面積測(cè)試方法有透氣法，粒度估算法，和吸附法等。 吸附法根據(jù)吸附質(zhì)的不同又分為吸碘法，吸汞法，低溫氮吸附法等。 低溫氮吸附法根據(jù)吸附質(zhì)吸附量確定方法不同又分為動(dòng)態(tài)色譜法，靜態(tài)容量法，重量法等，目前儀器以動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)容量法為主； 動(dòng)態(tài)色譜法在比表面積測(cè)試方面比較有優(yōu)勢(shì)，靜態(tài)容量法在孔徑測(cè)試方面有優(yōu)勢(shì)。

2、實(shí)驗(yàn)二十六 粉體比表面積的測(cè)定透氣法每單位質(zhì)量的粉體所具有的表面積總和，稱為比表面積(m2·kg-1)。比表面積是粉體的基本物性之一。測(cè)定其表面積可以求得其表面積粒度。在工業(yè)中，鋼鐵冶煉及粉末冶金；電子材料；水泥、陶瓷、耐火材料；燃料、磨料；化工、藥品；石油化工中固體催化劑等很多行業(yè)的原料是粉末狀的。這些工業(yè)的有些中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品也是粉末狀的。在生產(chǎn)中，一些化學(xué)反應(yīng)需要有較大的表面積以提高化學(xué)反應(yīng)速度，要有適當(dāng)?shù)谋缺砻娣e來(lái)控制生產(chǎn)過程；許多產(chǎn)品要求有一定的粒度分布才能保證質(zhì)量或者是滿足某些特定的要求。粉體有非孔結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)兩種特征，因此粉體的表面積有外表面積和內(nèi)表面積兩種。粉體比

3、表面積的測(cè)定方法有勃氏透氣法、低壓透氣法、動(dòng)態(tài)吸附法三種。理想的非孔性結(jié)構(gòu)的物料只有外表面積，一般用透氣法測(cè)定。對(duì)于多孔性結(jié)構(gòu)的粉料，除有外表面積外還有內(nèi)表面積，一般多用氣體吸附法測(cè)定。一、目的意義勃萊恩（Blaine)透氣法是許多國(guó)家用于測(cè)定粉體試樣比表面積的一種方法。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，水泥產(chǎn)品是粉體。水泥細(xì)度是水泥的分散度（水泥顆粒的粗細(xì)程度），是水泥廠用來(lái)控制水泥產(chǎn)量與質(zhì)量的重要參數(shù)。測(cè)水泥的比表面積可以檢驗(yàn)水泥細(xì)度以保證水泥的強(qiáng)度。水泥細(xì)度的檢驗(yàn)方法有篩析法、比表面積測(cè)定法、顆粒平均直徑與顆粒組成的測(cè)定等幾種。其中，勃氏透氣法儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作容易、測(cè)定方便、節(jié)省時(shí)間、完全不損壞試樣

4、、復(fù)演性好，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在測(cè)試結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)以該法為準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也推薦這種方法作為測(cè)定水泥比表面積的方法。本實(shí)驗(yàn)采用勃氏透氣法測(cè)定粉體的比表面積，實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜缦拢毫私馔笟夥y(cè)定粉體比表面積的原理；掌握勃氏法測(cè)粉體比表面積的方法；利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確計(jì)算試樣的比表面積。二、基本原理1達(dá)西法則當(dāng)流體（氣體或液體）在t秒內(nèi)透過含有一定孔隙率的，斷面積為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的粉體層時(shí)，其流量與壓力降P成正比。即 （4-2）這就是達(dá)西法則。式中的是流體的粘度系數(shù)，B是與構(gòu)成粉體層的顆粒大小、形狀、充填層的空隙率等有關(guān)的常數(shù)，稱為比透過度或透過度。上式稱為柯增尼一卡曼公式，它是透過法的基本公式。式中SW是粉體的質(zhì)量

5、比表面積，是粉體的密度，W是粉體試樣的質(zhì)量。由于、L、A、W是與試樣及測(cè)定裝置有關(guān)的常數(shù)，所以，只要測(cè)定、P及時(shí)間t就能求出粉體試樣的比表面積。2測(cè)試方法概述根據(jù)透過介質(zhì)的不同，透過法分為液體透過法和氣體透過法，而目前測(cè)定粉體比表面積使用最多的是氣體（空氣）透過法。該方法的種類很多，根據(jù)使用儀器不同分別有：前蘇聯(lián)的托瓦洛夫式T-3型透氣儀、英國(guó)的Lea-Nurse透過儀、日本荒川水渡的超微粉體測(cè)定儀、美國(guó)弗歇爾式的平均粒度儀、美國(guó)勃萊恩式的勃氏透氣儀（該裝置由于透過粉體層的空氣容積是固定的，故稱為恒定容積式透過儀）等。其中，勃氏透氣儀在國(guó)際中較為通用，在國(guó)際交往中，水泥比表面積一般都采用勃萊恩

6、(Blaine)數(shù)值。3儀器工作原理圖4-2為Blaine透氣儀示意圖，圖4-3為Blaine透氣儀結(jié)構(gòu)及主要尺寸。測(cè)試時(shí)先使試樣粉體形成空隙率一定的粉體層，然后抽真空，使U形管壓力計(jì)右邊的液柱上升到一定的高度。關(guān)閉活塞后，外部空氣通過粉體層使U形管壓力計(jì)右邊的液柱下降，測(cè)出液柱下降一定高度（即透過的空氣容積一定）所需的時(shí)間，即可求出粉體試樣的比表面積。三、實(shí)驗(yàn)器材Blaine透氣儀一臺(tái)，它由透氣圓筒、穿孔板、搗器、U形管壓力計(jì)、抽氣裝置（小型電磁泵或抽氣球組成）。圖4-2給出各部件的尺寸及其允許偏差。計(jì)時(shí)秒表。精確到0.05s.濾紙。采用符合國(guó)標(biāo)的中速定量濾紙。烘干箱。用于烘干試樣。分析天平

7、。分度值為lmg壓力計(jì)液體。采用帶有顏色的蒸餾水。基準(zhǔn)材料。標(biāo)準(zhǔn)試樣。四、實(shí)驗(yàn)步驟1儀器準(zhǔn)備（儀器校準(zhǔn)）(1)漏氣檢查 將透氣圓筒上口用橡皮塞塞緊安到壓力計(jì)上，用抽氣裝置從壓力計(jì)一臂中抽出部分氣體，然后關(guān)閉閥門，觀察是否漏氣，如發(fā)現(xiàn)漏氣，用活塞油脂加以密封。(2)試料層體積的測(cè)定 用水銀排代法。將二片濾紙沿圓筒壁放入透氣圓筒內(nèi)，用一直徑比透氣圓筒略小的細(xì)長(zhǎng)棒往下按，直到濾紙平整地放在金屬穿孔板上，然后裝滿水銀，用一小塊薄玻璃板輕壓水銀表面，使水銀面與圓筒口平齊，并須保證在玻璃板和水銀表面之間沒有氣泡或空洞存在。從圓筒中倒出水銀稱量，精確至0.05g,重復(fù)幾次，至數(shù)值基本不變?yōu)橹埂Ｈ缓笕〕鲆黄瑸V

8、紙，在圓筒中加人適量的試樣。再把取出的一片濾紙蓋至上面，用搗器壓實(shí)試料層，壓到規(guī)定的厚度，即搗器的支持環(huán)與圓筒邊接觸。再把水銀倒人壓平，同樣倒出水銀稱量，重復(fù)幾次至水銀質(zhì)量不變?yōu)橹?，圓筒內(nèi)試料層體積可按下式計(jì)算： 試料層體積的測(cè)定，至少應(yīng)進(jìn)行二次，每次應(yīng)單獨(dú)壓實(shí)，取二次數(shù)值相差不超過0.005cm3的平均值。2試樣層制備先將試樣通過0.9mm方孔篩在（110±5）C下烘干后冷至室溫。按下式稱取試樣： W=V(1-) （4-7）式中 W需要的試樣量，g； 試樣真密度，g/cm3； V一試料層體積，cm3； 試料層孔隙率。將穿孔板放人透氣圓筒的邊緣上，用一根直徑比圓筒略小的細(xì)棒把一片濾紙

9、送至穿孔板上，邊緣壓緊，將稱取的試樣（精確至0.001g）倒人圓筒。輕敲圓筒邊，使試樣層表面平坦，再放人一片濾紙，用搗器均勻搗實(shí)試料，直至搗器支持環(huán)緊緊接觸圓筒頂邊并旋轉(zhuǎn)二周，慢慢取出搗器。注：穿孔板上的濾紙，應(yīng)是與圓筒內(nèi)徑相同，邊緣光滑的圓片。穿孔板上濾片如比圓筒小時(shí)，會(huì)有部分試樣粘于圓筒內(nèi)壁高出圓板上部；當(dāng)濾紙直徑大于圓筒內(nèi)徑時(shí)會(huì)引起結(jié)果不準(zhǔn)。每次測(cè)定需用新的濾紙。3操作步驟把裝有試料層的透氣圓筒連接到壓力計(jì)上，為保證緊密連接不漏氣，可先在圓筒下錐面涂一薄層活塞油脂，然后把它插人壓力計(jì)頂部錐形磨口處，旋轉(zhuǎn)二周。并注意不振動(dòng)所制備的試料層。打開微型電磁泵慢慢從壓力計(jì)一臂中抽出空氣，或人工抽吸

10、，直到壓力計(jì)內(nèi)液面上升到擴(kuò)大部下端時(shí)關(guān)閉閥門。當(dāng)壓力計(jì)內(nèi)液體的凹月面下降第一個(gè)刻線時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)液面凹面下降到第二條刻線時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄液面從第一條刻線到第二條刻線所需的時(shí)間。以秒表記錄，并記下實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度。五、測(cè)試結(jié)果處理1數(shù)據(jù)處理比表面積按下式計(jì)算：說明：試樣比表面積應(yīng)由二次透氣試驗(yàn)結(jié)果的平均值確定。如果二次試驗(yàn)結(jié)果相差2以上時(shí)，應(yīng)重新試驗(yàn)。計(jì)算應(yīng)精確至l0cm2/g，cm2/g以下的數(shù)值按四舍五入計(jì)。以cm2·g-1為單位算得的比表面積換算為cm2·g-1單位時(shí)需乘以0.1.表4-2為不同溫度下的空氣粘度和水銀密度值，表4-3為不同（空隙率）所對(duì)應(yīng)的值。2結(jié)果分析用透

11、氣法測(cè)定比表面積的主要缺點(diǎn)，是在計(jì)算公式推導(dǎo)中引用了一些實(shí)驗(yàn)常數(shù)和假設(shè)。空氣通過粉末層對(duì)粉末顆粒作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粉末的表面形狀、顆粒的排列、空氣分子在顆?？妆谥g的滑動(dòng)等都會(huì)影響比表面積測(cè)定結(jié)果，但這些因素在計(jì)算公式中均沒有考慮。對(duì)于低分散度的試料層，氣體通道孔隙較大，上述因素影響較小，測(cè)定結(jié)果比較準(zhǔn)確；但對(duì)子高分散度的物料、空氣通道孔徑較小，上述因素影響增大，用透氣法測(cè)得的結(jié)果偏低。物料越細(xì)，偏低越多。因此，測(cè)定高分散度物料的比表面積，特別是多孔性物料的比表面積，可以用低壓透氣法和吸附法。表4-2 不同溫度下的空氣粘度和水銀密度值溫度/空氣粘度水銀密度/g·cm-3溫度/空氣粘度水銀密

12、度g·cm-381012141617200.00017490.000017590.000017680.000017780.000017880.000017980.0000180875.6475.4175.2175.0074.7974.5874.3713.5813.5713.5713.5613.5613.5513 .55222426283032340.000018180.000018280.000018370.000018470.000018570.000018670.0000187674.1673 .9673 .7873 .5873 .3873 .1973 .1013.5413.54

13、13.5313.5313.52135213.51表43 不同（空隙率）所對(duì)應(yīng)的值0.4500.4510.4520.4530.4540.4550.560.4570.4580.4590.4600.4610.4620.4630.4640.4650.4660.4670.4680.4690.4700.4710.4720.4730.5490.5520.5540.5570.5600.5630.5660.5690.5720.5750.5780.5810.5840.5870.5900.5930.5960.5990.6020.6050.6080.6110.6140.6170.4740.4750.4760.4770

14、.4780.4790.4800.4810.4820.4830.4840.4850.4860.4870.4880.4890.4900.4910.4920.4930.4940.4950.4960.4970 .6200.6240.6270.6300.6330.6360.6390.6430.6460.6490.6520.6560.6590.6620.6660.6690.6720.6760.6790.6830.6870.6900.6930.6970.4980.4990.5000.5010.5020.5030.5040.5050.5060.5070.5080.5090.5100.5110.5120.513

15、0.5140.5150.5160.5170.5180.5190.5200.5210.7000.7040.7070.7110.7140.7180.7210.7250.7290.7330.7360.7390.7430.7470.7510.7550.7580.7620.7660.7700.7740.7770.7810.7850.5220.5230.5240.5250.5260.5270.5280.5290.5300.5310.5320.5330.5340.5350.5360.5370.5380.5390.5400.5410.5420.4530.5440.5450.7890 .7930 .7970 .

16、8010 .8050.8090 .8130.8170.8210.8250.8290.8330.8370.8420.8450.8500.8540.8580.8630.8670.8710.8750.8800.884六、思考題1透氣法測(cè)定粉體比表面積的原理是什么？2測(cè)試前為什么要進(jìn)行漏氣檢查？如有漏氣應(yīng)如何處理？3試料層如何正確制備？4.如何根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算被測(cè)試樣的比表面積？5透氣法測(cè)試粉體表面積的局限性？6.影響測(cè)試結(jié)果的因素有哪些？ 比表面積（SSA）是指顆粒的總面積與總重量的比值。SSA=(Vi/di)/Vi*(6/)其中：di是第i級(jí)的平均直徑；Vi是第i級(jí)的相對(duì)體積含量；是顆粒的密度；另：粒度儀器所得的