比表面积的测定与计算

比表面积的测定与计算比表面积的测定与计算 1 Langmuir 吸附等温方程吸附等温方程 Langmuir 比表面比表面 1 Langmuir 理论模型 吸附剂的表面是均匀的 各吸附中心的能量相同 吸附粒子间的相互作用可以忽略 吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附 一个吸附粒子只 占据一个吸附中心 吸附是单层的 定位的 在一定条件下 吸附速率与脱附速率相等 达到吸附平衡 2 等温方程 吸附速率 ra 1 P ra ka 1 P 脱附速率 rd rd kd 达到吸附平衡时 ka 1 P kd 其中 Va Vm Va 气体吸附质的吸附量 Vm 单分子层饱和吸附容量 mol g 为吸附剂表面被气体分子覆盖的分数 即覆盖度 设 B ka kd 则 Va Vm BP 1 BP 整理可得 P V P Vm 1 BVm 以 P V P 作图 为一直线 根据斜率和截距 可以求出 B 和 Vm 值 斜率的 倒数为 Vm 因此吸附剂具有的比表面积为 Sg Vm A m A Avogadro 常数 6 023x1023 mol m 一个吸附质分子截面积 N2 为 16 2x10 20m2 即每个氮气分子在吸附剂 表面上所占面积 本公式应用于 含纯微孔的物质 化学吸附 2 BET 吸附等温方程吸附等温方程 BET 比表面 目前公认为测量固体比表面的标准比表面 目前公认为测量固体比表面的标准 方法 方法 1 BET 吸附等温方程 吸附等温方程 BET 理论的吸附模型是建立在 Langmuir 吸附模型基础上的 同时认 为物理吸附可分多层方式进行 且不等表面第一层吸满 在第一层之上 发生第二层吸附 第二层上发生第三层吸附 吸附平衡时 各层 均达到各自的吸附平衡 最后可导出 式中 C 常数 等温方程 因为实验的目的是要求出 C 和 Vm 故又称为 BET 二常数公式 2 BET 比表面积比表面积 实验测定固体的吸附等温线 可以得到一系列不同压力 P 下的吸附量值 V 对 P P 作图 为一直线 截距为 1 Vm 斜率为 C 1 VmC Vm 1 截距 斜率 吸附剂的比表面积为 SBET Vm A m 此公式目前测比表面应用最多 以 77K 氮气吸附为准 此时 16 2 25 气 吸附温度在氮气的液 BET 二常数公式适合的 P P 范围 0 05 0 2 用 BET 法测 定固体比表面 最常用的吸附质是氮化点 77 2K 附近 低温可以避免化学吸附 的发生 将相对压力控制在 0 05 0 25 之间 是因为当相对压力低于 0 05 时 不易建立多层吸附平衡 高于 0 25 时 容易发生毛细管凝聚作用 BET 二常 数方程式中 参数 C 反映了吸附质与吸附剂之间作用力的强弱 C 值通常在 50 300 之间 当 BET 比表面积大于 500m2 g 时 如果 C 值超过 300 则测 试结果是可疑的 高的 C 值或负的 C 值与微孔有关 BET 模型如果不加修正是 不适合结它们的分析的 3 B 点法点法 B 点对应的第一层吸附达到饱和 其吸附量 VB 近似等于 Vm 由 Vm 求出吸附剂表面积 C 值通常在 50 300 之间 当 BET 比表面积大于 500m2 g 时 如果 C 值超过 300 则测试结果是可疑的 高的 C 值或负的 C 值与微孔有关 BET 模型如果 不加修正是不适合结它们的分析的 4 单点法单点法 氮吸附 C 常数一般都在 50 300 之间 所以在 BET 作图时截距常常很小 因 此在比较粗略的计算中可忽略 即把 P P0 在 0 20 0 25 左右的一个实验点和 原点相连 由它的斜率的倒数计算 Vm 值 再求算比表面积 3 V t 作图法求算比表面作图法求算比表面 计算比表面积还可以用经验的层厚法 即 t Plot 法 此法在一些情况下可以 分