《分子筛氮氧分离静态测定方法》

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分子筛氮氧分离静态测定方法

1范围

本文件规定了用静态吸附容量法测定分子筛对氮气和氧气吸附分离能力的测定方法。本文件适用于各类空气分离用分子筛。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T6679-2003固体化工产品采样通则

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

吸附adsorption

多孔固体吸附剂与流体相（液体或气体）相接触，流体相中的单一或多种溶质向多孔固体表面选择性传递，积累于多孔固体吸附剂微孔表面的过程。

[来源：GB/T33032-2016，2.1.29]

3.2

平衡吸附压力equilibriumadsorptionpressure吸附物质与吸附质的平衡压力。

[来源：GB/T19587-2017，3.17]

3.3

死体积deadvolume

除去试样体积以外的样品室的体积。

[来源：GB/T19587-2017，3.19]

3.4

吸附量adsorptionamount

在给定压力p和温度T下吸附的气体摩尔数。

[来源：GB/T19587-2017，3.8]3.5

等温线isotherm

恒定温度下，气体吸附量与气体平衡压力之间的关系曲线。

[来源：GB/T19587-2017，3.6]

3.6

氮氧分离系数（比）separationfactor(ratio)ofnitrogenandoxygenɑ

氮氧在吸附相中的平衡吸附量与氮氧在气相中的平衡摩尔分数的比值。

氮氧分离系数（比）式中：

X——吸附质在吸附相中的平衡吸附量；

2

Y——吸附质在气相中的平衡摩尔分数。

4方法提要

通过静态吸附容量法测定分子筛试样在不同分压下对氮气和氧气的吸附量，根据氮氧分离系数（比）定义式计算得到分子筛试样的氮氧分离系数（比）。

容量法是利用气体状态方程（即PV=nRT），在一定温度下，通过测量与一定质量的吸附剂接触前后的气体的压力P和体积V来计算吸附剂对气体的吸附量。容量法测试仪器原理示意图见图1。

说明：

1—试样；

2—恒温杜瓦瓶；

3—真空系统；

4—压力计；

5—气体量管。

图1容量法气体吸附量测定仪原理示意图

5仪器

5.1凡符合静态气体吸附容量法基本原理的试验装置，均可作为本文件的测定仪器，但要

求真空度优于1.3Pa，气体量管恒温控制不大于±0.1℃,体积测量精度0.05cm3。

5.2分析天平，感量为0.1mg。

5.3干燥箱，可控制温度110℃±5℃。

5.4真空干燥器。

5.5温度计，0-50℃,精度0.1℃。

5.6恒温水浴装置，精度±0.1℃。

6材料

6.1氮气，钢瓶装，纯度不低于99.99%。

6.2氧气，钢瓶装，纯度不低于99.99%。

6.3氦气，钢瓶装，纯度不低于99.99%。

6.4液氮，纯度不低于98%。

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6.5水，实验室三级水。

7试验步骤

7.1试样准备

7.1.1按照GB/T6679-2003要求采样。

7.1.2试样测试前应放置在干燥箱中烘干，在110℃±5℃下烘干2小时，置于真空干燥器

中，试样自然冷却至室温。

7.2试样预处理和脱气

7.2.1将杜瓦瓶中液氮加至离上端5cm处。小心将脱气站冷阱浸入杜瓦瓶中，将杜瓦瓶保

温盖安好。

7.2.2将干净的空样品管安装在脱气站上脱气，在350℃脱气至少10min。然后待空管温度恢复至室温后，回填氮气至常压。将样品管从脱气站移开后，用塞子密封好，准确称量空样品管重量，精确至0.1mg，此质量记为m1。（如采用自动密封塞，应先使用密封塞密封好样品管后，再进行脱气及测试。如没有采用自动密封塞，当空管从脱气站移开时，应立即

用胶塞子塞上，避免称量误差。）

7.2.3称取约0.3~0.4g试样加入样品管中。使用漏斗，将试样倒入样品管底部，尤其应避免粉体试样粘附于样品管壁。

7.2.4把样品管与脱气口连接，套好加热套，设定脱气时的加热温度为350℃,开始加热

抽真空。升温速度10℃/min。当加热温度达到350℃,系统真空度达到1.3Pa时，再连续脱气4小时。具有多级温度设置程序仪器，可设定低温段90℃,脱气至1.3Pa后，升温至350℃,再连续脱气4小时。然后待样品管温度恢复至室温后，回填氮气至常压。

注：部分试样经350℃加热脱气可能影响其吸附性能，可在其他温度下脱气，但测试报告中应注明。

7.2.5从脱气口取下脱气后的样品管，如果没有自动密封头，要用胶塞子迅速堵上样品管口，称重，精确至0.1mg，此质量记为m2，由m2与m1之差得到试样净重mN2（mO2）。

7.3死体积的测定

7.3.1将装有试样的样品管移至分析系统试样接口。开始分析前确认钢瓶气体压力不低于1.4MPa，减压表压力设定为0.1-0.14MPa。

7.3.2设置恒温水浴温度为25℃,升高恒温水浴瓶，将样品管浸入至恒温水浴瓶中，控制

试样低于液面不少于10cm，并在整个测定过程中保持。

7.3.3抽气排空待测样品管中的氮气，使系统压力低于1.3Pa。

7.3.4向分析系统中已校准体积的气体量管充入氦气，至压力达到79.9-119.9kPa，记录压

力和温度，然后打开待测试样阀，使氦气冲入样品管。平衡5min后，记录平衡压力和温度，根据记录的压力和温度以及已知的量管体积，得到死体积。

7.4试样分析

7.4.1抽气排空分析系统氦气，使系统压力低于1.3Pa。

7.4.2根据分析要求向系统冲入分析气体，均匀设置包含目标吸附压力在内的至少6个吸附试验点，氮气可选择在26.371kPa、52.742kPa、79.113kPa、86.517kPa、93.920kPa和101.325kPa压力点下测试吸附量，氧气可选择在7.074kPa、14.147kPa、21.221kPa、47.922kPa、74.624kPa和101.325kPa压力点下测试吸附量，在设定压力条件下测定吸附试验点，记录相应的平衡吸附压力p，根据记录的平衡压力、温度、已知的量管体积以及死体积计算得到吸附量VN2(VO2)。氮气测试设定压力为79.113kPa和101.325kPa，氧气测试设定压力为21.221kPa。

7.4.3测定完成后，抽空排除系统及样品管内的分析气体，移去恒温水浴瓶，待样品管温度回升到室温，用氮气回填样品管至常压。

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7.4.4若采用自动物理吸附仪，通过仪器内置软件控制系统，输入待测试样分析信息，上述脱气及分析过程在计算机控制下自动完成。

7.4.5最终读取的平衡吸附压力结果p应在设定压力的±0.50kPa范围内，超出设定范围应重新分析。

8计算与结果

8.1分子筛氮气吸附量

分子筛氮气吸附量XN2，数值以cm3/g表示，按式(1)计算：

XN…（1）

式中：

VN2—25℃,设定压力79.113kPa和101.325kPa条件下试样的氮气平衡吸附量的数值，单位为立方厘米(cm3)；

mN2—测试氮气吸附量时试样质量的数值，单位为克(g)。

计算结果表示到小数点后两位。

8.2分子筛氧气吸附量

分子筛氧气吸附量XO2，数值以cm3/g表示，按式(2)计算：

XO…（2）

式中：

VO2—25℃,设定压力21.221kPa条件下试样的氧气平衡吸附量的数值，单位为立方厘米(cm3)；

mO2—测试氧气吸附量时试样质量的数值，单位为克(g)。

计算结果表示到小数点后两位。

8.3分子筛氮氧分离系数

分子筛氮氧分离系数ɑ,按式(3)计算：

…（3）

式中：

XN2—25℃,设定压力79.113kPa条件下单位质量试样的氮气平衡吸附量的数值，单位为立方厘米每克(cm3/g)；

XO2—25℃,设定压力21.221kPa条件下单位质量试样的氧气平衡吸附量的数值，单位为立方厘米每克(cm3/g)；

YN2—78.08%，氮气在气相中摩尔分数的数值；

YO2—20.95%，氧气在气相中摩尔分数的数值。

计算结