BET法測定固體物質(zhì)的比表面

1、實驗九BET容量法測定固體物質(zhì)的比表面預(yù)習(xí)提示：1、了解實驗的目的及原理，明確所測物理量。2、熟悉操作步驟，回答下列提問：一、實驗?zāi)康?、通過測定固體物質(zhì)的比表面掌握比表面測定儀的基本構(gòu)造及原理2、學(xué)會用BET容量法測定固體物質(zhì)比表面的方法3、通過實驗了解BET多層吸附理論在測定比表面中的應(yīng)用二、實驗內(nèi)容本實驗包括固體物質(zhì)的制備和比表面測定兩個方面的內(nèi)容。三、實驗要求本實驗為設(shè)計型實驗，對固體物質(zhì)的制備學(xué)生需查閱相關(guān)文獻并設(shè)計制備方案，在一定的實驗條件下制備。固體物質(zhì)比表面的測定和比表面測定儀的使用需在教師的指導(dǎo)下進行。四、實驗準(zhǔn)備查閱文獻，設(shè)計固體物質(zhì)制備的實驗方案，并準(zhǔn)備所需藥品和儀器。五

2、、實驗原理、方法和手段BET法測定比表面是以氮氣為吸附質(zhì)，以氨氣或氫氣作載氣，兩種氣體按一定比例混合，達到指定的相對壓力，然后流過固體物質(zhì)。當(dāng)樣品管放入液氮保溫時，樣品即對混合氣體中的氮氣發(fā)生物理吸附，而載氣則不被吸附。這時屏幕上即出現(xiàn)吸附峰。當(dāng)液氮被取走時，樣品管重新處于室溫，吸附氮氣就脫附出來，在屏幕上出現(xiàn)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，即可算出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，從而可根據(jù)BET公式計算比表面。BET公式：(9-1)p1(C-1)p=-TV(Po-P)VmCVmCPo

3、式中，P氮氣分壓，（Pa）Po吸附溫度下液氮的飽和蒸氣壓，（Pa）Vm樣品上形成單分子層需要的氣體量，（mL）V被吸附氣體的總體積，（mL）C與吸附有關(guān)的常數(shù)。以p對作圖可得一直線，其斜率為9,截距為-,由此可得:V（Po-P）PoVmCVmCVm1斜率截距(9-2)若已知每個被吸附分子的截面積，可求出被測樣品的比表面，即:VmNAA18(9-3)Sg=mj102240W式中，Sg被測樣品的比表面，m2/gNa阿佛加得羅常數(shù)，Am被吸附氣體分子的截面積，（nm）W被測樣品質(zhì)量，g;BET公式的適用范圍為：p/p0=0.050.35,這是因為比壓小于0.05時，壓力大小建立不起多分子層吸附的平衡

4、，甚至連單分子層物理吸附也還未完全形成。在比壓大于0.35時，由于毛細管凝聚變得顯著起來，因而破壞了吸附平衡。六、實驗條件（儀器和試劑）F-Sorb3400型比表面和孔徑測定儀1套（含微機與打?。坏獨馄?個；氨氣瓶1個;液氮罐（6L）1個；分析天平1臺；“一氧化鋁（色譜純）；固體物質(zhì)（被測樣品）可隨機選擇，不固定，其藥品依需要而定。七、實驗流程圖采用F-Sorb3400型比表面測和孔徑定儀，用BET法測定比表面。流程如下圖所示。圖9-1BET法測比表面流程圖1-減壓閥；2-穩(wěn)壓閥；3-流量計；4-混合器；5-冷阱；6-恒溫管；7-熱導(dǎo)池;8-油浴箱；9-六通閥；10-定體積管；11-樣品吸附

5、管；12-皂末流速記。8、 儀器結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)置測試主機一共4路，下圖（見下頁）是關(guān)于測試管路與軟件設(shè)置之間的對應(yīng)關(guān)系圖。9、 實驗步驟（一）固體物質(zhì)的制備1 .設(shè)計一定的制備方案，讓老師檢查是否合理。2 .若合理，按制備方案選取原材料和實驗器材。3 .制備固體物質(zhì)。固體物質(zhì)制備方法示例二則：例：用不同方法制備Fe（OH）3。.制備過程。第一種：滴加法。用滴液漏斗向一定量的FeCl3溶液中滴加NaOH溶液，邊滴加邊攪拌，使溶液PH達到10,然后繼續(xù)攪拌30min,制得Fe（OH為沉淀。第二種：模板法。向0.05mol/L的十二烷基硫酸鈉（一種表面活性劑）溶液中加入一定量的FeCl3溶液，攪拌30

6、min,使其混合均勻。用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的PH到10,繼續(xù)攪拌30min,制得Fe（OH）3沉淀。.樣品的后處理過程（在同樣條件下）用兩種方法制得的沉淀，經(jīng)洗滌，過濾，并且在同樣的溫度下干燥，制得干燥的固體粉末。正國比1喙州凡住流毋1載氣端是1數(shù)彎完成0.34023.fiD046.200回0.30口21,ODD4m.000無Eo.2501750052.500無回口.加口14.000SB.OOO無回門1501T50059500元00.100T,00063.000元0.06D4.2D065.800in>冊1地數(shù)據(jù)總和曷實驗信息祥黯薪號(090305樣品名箱罔筠送檢單也I卬科院海工所處理條

7、件|15口度/時操作入員I部肥朋楂對人員檢洌里良|更受|：IE鎰全炭暗趣若障晝司環(huán)嶺溫度25B-送檢日期I2OO8-O3-D5年r直接對比惻試出SET孔徑惻匣試樣定量省名稱：展量皆體枳二區(qū)4TT5ml第一路田樣口名稱：|KLZC3質(zhì)量二,nL"試的名稱:|炭即質(zhì)量二|Z5B.3nb第二路試徉2名指二隈粒質(zhì)量二隱rr試件3名詢二（CB忌哥二口mr匚璉里第三路第四路積分下圖黝（0.5廠小比表面祥晶i!NEF-Sorb3400型比表面和孔徑測定儀結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)置（二）比表面的測定1 .樣品處理1.1 樣品管稱量裝樣前首先稱量樣品管質(zhì)量，注意檢查樣品管是否干凈，是否損壞。1.2 裝樣品用配套的

8、漏斗裝樣品，樣品必須裝入樣品管底部的粗管中。如果樣品顆粒較大，可以不用漏斗，不可將樣品粘在樣品管兩端細管的管壁上，否則對吸附有影響。稱量樣品的質(zhì)量根據(jù)實際比表面積確定，大比表面積稱少量，小比表面積可盡量多稱，但樣品的體積不能超過樣品管容積的2/3。1.3 樣品烘干溫度要求：一般樣品最低烘干溫度為105度，這時樣品中的水分子才能沸騰。如果不能確定烘干溫度，可根據(jù)樣品的耐溫程度確定，測比表面積一般在150度左右。真空度要求：測比表面積一般不用抽真空，孔多時，建議抽真空；測量孔徑分布時，都要抽真空。樣品處理不能用鼓風(fēng)干燥箱鼓風(fēng)。處理時間：3小時左右，可根據(jù)實際調(diào)節(jié)。1.4 樣品稱量樣品烘干后從烘箱中

9、取出迅速移入干燥器中冷卻至常溫，然后再稱量樣品和管的總質(zhì)量，最后計算出樣品的實際質(zhì)量，即樣品質(zhì)量=樣品和樣品管總質(zhì)量一樣品管質(zhì)量（單位：毫克）2 .測試前準(zhǔn)備2.1 安裝樣品管將處理好的樣品裝入測試儀器，注意樣品管接頭是金屬材質(zhì)，不要將管子磕破。注意：4路中不測的一路必須接一樣品管；2.2 通氣主機通電前首先通氣，將兩路氣體壓力分別調(diào)節(jié)在0.16MPa,通氣時間最少5分鐘，儀器長期不用則通氣時間長一些，以免熱導(dǎo)池損壞。2.3 熱導(dǎo)池預(yù)熱通氣一段時間后，再調(diào)節(jié)氣壓值至0.16MPa（開始氣壓會有所下降，須多次調(diào)節(jié)），點擊“熱導(dǎo)池預(yù)熱”（圖1）,系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)流量到一定值，熱導(dǎo)池通電預(yù)熱，預(yù)熱需要3

10、0分鐘左右。3 .實驗參數(shù)設(shè)置（圖1）,出現(xiàn)一個參數(shù)設(shè)熱導(dǎo)池預(yù)熱過程中可以進行實驗參數(shù)設(shè)置，點擊“實驗設(shè)置”置界面，以下對BET測試方法參數(shù)設(shè)置進行詳細介紹。BET法測試圖2為BET測試參數(shù)設(shè)置界面，BET測試P/P。在0.050.35之間選3-5個點，軟件中已經(jīng)在此范圍平均選了7個點，只需在要測的點前打勾即可，BET法測試最少選3個點。若選一個點或兩個點，得出的結(jié)果只是單點BET結(jié)果。定量管體積已經(jīng)提前效準(zhǔn)，不能改動，自己也可以用標(biāo)準(zhǔn)樣品重新校準(zhǔn)。測炭黑比表面積時，如果還要測其外比表面積，須在炭黑前打勾，否則沒有所要的數(shù)據(jù)。不測的一路除接一空管外，在實驗設(shè)置中必須將該路樣品質(zhì)量寫為“0”。注

11、意：多點BET測試最少選3個點，單點BET只需選一個點（0.20或0.25點）；軟件中的樣品名稱和質(zhì)量設(shè)置要與測試管路中被測樣品一一對應(yīng)；不測的一路必須裝一空樣品管，參數(shù)設(shè)置中對應(yīng)的這一路樣品質(zhì)量寫為是“0”r直接對比狎內(nèi)行：EEfC孔涇則試兇成祥BET實驗定量管名稱：恒氣體積：|3.015試祥口名稱：|A1203質(zhì)量:|lod£«（：II*質(zhì)量：o-試fife名稱：愉里質(zhì)量：200信存3名稱：成母：10nl測碳黑外比表面積在此打勾不測質(zhì)量需寫為0笳同比數(shù)據(jù)F幣更分下陽蚓|05-氣苣流疝姜氣他一三總流星F00403OQ3502dD.。ao口口23.W0錮.2叩21.0004

12、9.00017.50052.50014.00056.00010.50059.5007.000B3,D00%goo65.900啜冏氣體流量我氣新山辭品編號祥品名稱送檢單位處理條件操作人員根對人員檢刖單位環(huán)境溫度送檢日期長揖周過世羯酗北京金埃陪科技有限公司1150度y時在空I：晾4?？嗫萍加邢薨b|2DD0-O5-O5圖24.樣品測試先觀察氣壓表是否顯示在0.16MPa,試驗設(shè)置是否準(zhǔn)確無誤，點擊“開始測試”（圖3）。系統(tǒng)自動進行一次復(fù)位操作，檢查一切是否正常，然后系統(tǒng)提示是否進行實驗，點“是”則自動調(diào)節(jié)流量開始測試。文件9）開始測試設(shè)置1演淪幫助國）退型嚙HnI測試過程中，軟件設(shè)置內(nèi)容無法改動，設(shè)

13、置圖標(biāo)顯灰色，如果中間要停止實驗，先點擊“結(jié)束實驗”（圖4）,待程序結(jié)束后，此時設(shè)置圖標(biāo)變亮，再關(guān)閉軟件窗口，程序未結(jié)束時不可強制關(guān)閉窗口，以免數(shù)據(jù)丟失。測試過程中，可以通過改變圖5坐標(biāo)軸大小調(diào)整曲線的顯示比例。曲線設(shè)置乂軸最大坐標(biāo)（分鐘）：團Y軸最大坐標(biāo)（U）：luuIfW圖4圖5注意：整個測試過程中氣壓即使有稍微的波動也不可調(diào)節(jié)；不可強制關(guān)閉程序；實驗結(jié)束后，先關(guān)掉主機電源，過幾分鐘再關(guān)閉氣源5 .數(shù)據(jù)分析BET結(jié)果舉例圖6是BET測試脫附曲線，左一是定量管脫附曲線，其余從左往右依次是第一路到第四路樣品的脫附峰。根據(jù)實際情況可以對得到的數(shù)據(jù)進行篩選，通過改變坐標(biāo)軸范圍（圖5）來調(diào)節(jié)曲線的顯

14、示比例（圖6）,以此來觀察樣品的脫吸附情況。通過觀察BET曲線的線性擬合度判斷每個P/P0點的測試情況，可以將離曲線遠的點去掉，以達到更好的擬合。點擊圖7中的“實驗設(shè)置”，在圖8中是否計算下選擇要參與計算的數(shù)據(jù)，雙擊“是”(否)就會變成“否”(是)，選擇之后點“確定”，然后點擊圖7中的“重新計算”，軟件就會自動計算得出結(jié)果。圖9是BET法測試得到的曲線圖以及相關(guān)數(shù)據(jù)。試樣編寫需路路路恚-1234TEe容存自1耳3第守固定量管4216.£45E&0.00A6114.0082T6.4.7987OQO0.0000000.00UU_I>名稱質(zhì)量嵯面.一氣體啜Pl報告日期恢呢年4

15、月飛日3I二箕曩謨置二I開始時間1008-04-0317:42:07重新計算轉(zhuǎn)束時間|20Da-M-03IB:18:27載氣一21總流量F23,80046,200否21.00049,000恃否1T,50052.500有日日14.00056,000有是A10.50059,500有是/是7.00063.000猾y/是4.20065.800乙否則氣體施，I能氣流量I數(shù)據(jù)I完成I是否計*選擇參與計算的數(shù)據(jù)增加圖7BE丁測試結(jié)果圖0.0100.005O.OOU00500.10001500200U.250P/P0詳也田測試數(shù)據(jù)P/P0實際吸附量Mfml；舊PtW1r1-PFtJJ)單點BET比表面枳02527404.708743a.oaaQ3513B,B9199B0.2016594-173072m&MH136.2919630.14SBB74.1152700.004033133.5577390.0997903.6220250.009499124475541斜率截距單層飽和吸附量Wti(eI)吸附常數(shù)CD.O2S7590.00W7439.U7E50263J81B077線性