天津大学—色谱法测定固体催化剂的表面积.docx

目录一、实验目的2二、实验原理2三、实验流程3四、实验步骤3五、原始数据记录表（手写版附后）4六、实验数据处理56.1 数据的前处理51流量计算52 N2分压就算63标定气体体积计算66.2 分别计算61 1号样品吸附比表面积的计算62 2号样品吸附比表面积的计算86.3 结果统计9 6.4 结果讨论与分析.9 七、思考分析10一、 实验目的1 掌握用流动吸附色谱法测定催化剂比表面积的方法；2 通过实验了解BET多层吸附理论在测定比表面积方面的应用。二、 实验原理固体催化剂表面积的测定方法较多。经典的BET法，由于设备复杂、安装麻烦，应用受到一定限制。气相色谱的发展，为催化剂表面积测定提供了一种快速方法。色谱法测定催化剂固体表面积，不需要复杂的真空系统，不接触水银，操作和数据处理较简单，因此在实验室和工厂中的到了广泛应用。色谱法测固体比表面积是以氮为吸附质、以氢气或氦气作为载气，二者按一定的比例通入样品管，当装有待测样品的样品管浸入液氮时，混合气中的氮气被样品所吸附，而载气不被吸附，He-N2混气或H2-N2混气的比例发生变化。这时在记录仪上即出现吸附峰。各种气体的导热系数不尽相同，氢和氦的导热系数比氮要大得多，具体各种气体的导热系数如下表：表1 各种气体的导热系数气体组分H2HeNeO2N2导热系数Cal/cm*sec*10539.733.610.875.75.66同样，在随后的每个样品解吸过程中，被吸附的N2又释放出来。氮、氦气体比例的变化导致热导池与匹配电阻所构成的惠斯登电桥中A、B二端电位失去平衡，计算机通过采样板将它记录下来得到一个近似于正态分布的电位时间曲线，称为脱附峰。最后在混合气中注入已知体积的纯氮，得到一个校正峰。根据校正峰和脱附峰的峰面积，即可计算在该相对压力下样品的吸附量。改变氮气和载气的混合比，可以测出几个氮的相对压力下的吸附量，从而可据BET公式计算表面积。BET公式：式中：P-氮气分压，Pa；P0-吸附温度下液氮的饱和蒸气压，Pa；Vm-待测样品表面形成单分子层所需要的N2体积，ml；V-待测样品所吸附气体的总体积，ml；C-与吸附有关的常数。其中V=标定气体体积*待测样品峰面积/标定气体峰面积标定气体体积需经过温度和压力的校正转换成标准状况下的体积。以P/V（P0-P）对P/ P0作图，可得一条直线，其斜率为（C-1）/（VmC），截距为1/（VmC），由此可得：Vm=1/(斜率+截距)若知每个被吸附分子的截面积，可求出催化剂的表面积，即Sg=(VmNAAm)/(22400W)式中：Sg-催化剂的比表面积，m2/g；NA-阿弗加德罗常数；Am-被吸附气体分子的横截面积，其值为16.210-20m2；W-待测样品重量，g；BET公式的使用范围P/P0=0.050.35，相对压力超过此范围可能发生毛细管凝聚现象。另外，如果P/P0 流量计算载气H2的平均流量：第一次进样N2的平均流量第二次进样N2的平均流量第三次进样N2的平均流量第四次进样N2的平均流量第五次进样N2的平均流量2 N2分压计算第一次进样N2分压3 标定气体体积计算标定气体体积6.2 分别计算1 2号样品吸附比表面积的计算第一次进样样品1吸附气体的总体积吸附温度下液氮的饱和蒸汽压根据上述相关结果，结合吸附温度下的饱和蒸汽压值，可以得到下述拟合变量表表5 样品1拟合变量表x= Pi/P0y= Pi/Vi(P0-Pi)0.093 0.045 0.145 0.066 0.205 0.089 0.245 0.108 0.271 0.115 对这些数据在标准坐标纸上进行作图，可以得到拟合直线。如下：图2 P/V(P0-P)P/P0线性拟合图从分析结果可知拟合直线斜率为0.4025，截距为0.0075，继而求出Vm样品1的吸附比表面积Sg 相对误差6.3 结果统计表6 各气体相关数据表 气体种类项目H2N2第一次进样第二次进样第三次进样第四次进样第五次进样平均流量/（ml/min）106.6711.44 19.41 30.32 39.14 46.00 气体分压/kPa9.8115.4722.1026.6429.74表7 待测样品吸附N2体积数据表样品编号进气次序吸附N2的总体积/ml 样品112.293 22.553 32.908 42.997 53.223 项目样品编号x= P/P0y= P/V(P0-P)斜率截距Vm/ml样品10.093 0.045 0.40250.00752.440.145 0.066 0.205 0.089 0.245 0.108 0.271 0.115 表8 拟合直线相关数据表表9 实验结果与相对误差表 项目样品编号实验计算的Sg/(m2/g)文献提供的Sg/(m2/g)相对误差/%样品226.5331.616.086.4 结果讨论与分析 首先，样品吸附和脱附进行得是否彻底很大程度的影响着实验结果的误差，其次是H2和N2流量测量的准确性也同样影响着最后的结果。相比较而言，前者对实验结果的影响更大。7、 思考分析1. 单分子层吸附和多分子层吸附的主要区别是什么？试叙述要点。单分子层吸附认为在固体表面只吸附一层气体分子，而多分子层吸附则认为已吸附的分子与碰撞在它上面的气体分子之间仍可发生吸附作用。2. 实验中相对压力为什么要控制在0.050.35之间？由物理化学的知识可知，如果相对压力小于0.05时，催化剂表面会变十分不均匀而使多层物理吸附无法成立，此时的情况适用于朗格缪尔公式；而如果相对压力大于0.35时，可能会发生毛细凝聚现象，多层物理吸附的平衡很难建立。所以要控制在0.050.35之间。3. 定量管体积是固定的，为什么每作一个实验点都要进行标定？因为我们在做这个实验的时候，一共做了5组数据，每组N2的流量都是不相同的，因此系统的稳态点会发生变化，从而导致原先标定好的峰面积会随之发生偏移，给实验结果带来误差。我们之所以每一个试验点都要进行标定，是为了保证系统设备的稳态不变，从而消除了系统带来的误差，使最后得到的实验结果更加准确。4. 在催化剂的制备中，哪些因素会影响其比表面积？催化的孔结构，制备的温度，活性颗粒的浓度等5. 催化剂的比表面积，对催化剂的性能