比表面積分析測試方法有多種,其中氣體吸附法因其測試原理的科學(xué)性,測試過程的可靠性,測試結(jié)果的一致性,在國內(nèi)外各行各業(yè)中被廣泛采用,并逐漸取代了其它比表面積測試方法,成為公認的最權(quán)威測試方法。許多國際標準組織都已將氣體吸附法列為比表面積測試標準,如美國ASTM的D3037,國際ISO標準組織的ISO-9277。我國比表面積測試有許多行業(yè)標準,其中最具代表性的是國標GB/T 19587-2004 《氣體吸附BET法測定固體物質(zhì)比表面積》。
氣體吸附法測定比表面積原理,是依據(jù)氣體在固體表面的吸附特性,在一定的壓力下,被測樣品顆粒(吸附劑)表面在超低溫下對氣體分子(吸附質(zhì))具有可逆物理吸附作用,并對應(yīng)一定壓力存在確定的平衡吸附量。通過測定出該平衡吸附量,利用理論模型來等效求出被測樣品的比表面積。由于實際顆粒外表面的不規(guī)則性,嚴格來講,該方法測定的是吸附質(zhì)分子所能到達的顆粒外表面和內(nèi)部通孔總表面積之和,如圖所示意位置。
氮氣因其易獲得性和良好的可逆吸附特性,成為最常用的吸附質(zhì)。通過這種方法測定的比表面積我們稱之為“等效”比表面積,所謂“等效”的概念是指:樣品的比表面積是通過其表面密排包覆(吸附)的氮氣分子數(shù)量和分子最大橫截面積來表征。實際測定出氮氣分子在樣品表面平衡飽和吸附量(V), 通過不同理論模型計算出單層飽和吸附量(Vm),進而得出分子個數(shù),采用表面密排六方模型計算出氮氣分子等效最大橫截面積(Am),即可求出被測樣品的比表面積。計算公式如下:
sg: 被測樣品比表面積 (m2/g)
Vm: 標準狀態(tài)下氮氣分子單層飽和吸附量(ml)
Am: 氮分子等效最大橫截面積(密排六方理論值A(chǔ)m = 0.162 nm2)
W: 被測樣品質(zhì)量(g)
N: 阿佛加德羅常數(shù) (6.02x1023)
代入上述數(shù)據(jù),得到氮吸附法計算比表面積的基本公式:
由上式可看出,準確測定樣品表面單層飽和吸附量Vm是比表面積測定的關(guān)鍵。
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