色谱法测定固体催化剂表面积

化工专业实验报告

实验名称：色谱法测定固体催化剂的表面积实验人员：同组人：

实验地点：天大化工技术实验中心室

实验时间：

班级/学号：级班组号

指导教师：

实验成绩：

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

催化剂的表面积是其重要的物性之一。表面积的大小直接影响催化剂的效能。因此在催化剂研究、制造和应用的过程中，测定催化剂的表面积是十分重要的。

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。这时在记录以上出现吸附峰。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

同样，在随后的每个样品解吸过程中，被吸附的N

又释放出来。氮、氦气体比例的变化

2

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：

P/V(P0-P)=1/V m C+(C-1)/V m C*P/P0（1）

式中：P—氮气分压，Pa；

P0—吸附温度下液氮的饱和蒸气压，Pa；

体积，ml；

V m—待测样品表面形成单分子层所需要的N

2

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/P

0作图，可得一条直线，其斜率为（C-1）/（V m C），截距为1/（V m C），由此可得：

V m=1/(斜率+截距) （2）若知每个被吸附分子的截面积，可求出催化剂的表面积，即

S g=(V m N A A m)/(22400W) (3)

式中S g——催化剂的比表面积，m2 /g；

N A——阿弗加德罗常数；

A m——被吸附气体分子的横截面积，其值为×10-20m2 ；

W——待测样品重量，g；

BET公式的使用范围P/P0=～，相对压力超过此范围可能发生毛细管凝聚现象

三、实验流程

本实验采用3H-2000Ⅱ型氮吸附比表面仪用色谱法测定催化剂的比表面，见图1。

四、实验步骤

（1）打开载气减压阀调节载气流量为100ml/min左右，等待10-15min左右使其流量稳定后用皂膜流量计准确测量，并在整个实验过程中保持载气流速不变，将六通阀置于“测量位”。（2）为使流量稳定，若载气为H2，则氢气减压阀减压表示数应在以上

（3）打开吸附仪电源开关，调节电流旋钮至最大，调节电压使电流为100mA，等待5-10min至调零显示稳定后，调节热导池电位粗调、细调旋钮，使热导池平衡，即调零输出信号为0。减压阀表示数应在 MPa以上）

（4）低温吸附将两个盛满液氮的液氮杯放在从左至右的两个升降台上，调零后点击[吸附]，接下来转动升降开关使两个液氮杯同时上升，中间间隔5-10s（间隔时间视待测样品比表面积而定，待测样品比表面积越大，间隔时间相应要加长，其目的为防止样品管内气体瞬间冷缩和被吸附，将空气倒吸入热导池内）待调零显示基本稳定后，可认为吸附平衡，点击[完成]，调零，准备脱附。

（10）升温脱附，先调零，点击[开始]，降下第一个样品位的液氮，得到第一个待测样品的脱附峰和峰面积，待调零显示归零后，同上，对第二个待测样品进行脱附。待测样品脱附完毕后，将六通阀转至“标定位”，得到标定气体的峰和峰面积。（注意：如果对一个样品脱附结束后，调零显示没有完全回到零点，需要人为手动调零后，再继续下一个样品的脱附或标定）。记录各峰面积，完成一个分压点下的测定。

（11）进行下一个分压点下的测量。若H2流量没有变化，则只用改变N2流量（每次较前一次增加约7-10ml，流量越大增加量应越大，使N2分压平均分布在之间），用皂膜流量计准确测量混合气体总流量。按步骤8-11重复操作4-5次，完成一组样品的实验测定。

五、实验数据记录与处理

1. 实验条件：

实验大气压为101325Pa

表1-比表面积测试仪器的性质（4号设备）

2. 载气及混合气流量测定数据表：（气膜流过20mL体积所需时间t）

表2-载气及混合气流量测定数据

计算示例：（以混合气4为例）

流过20mL体积所需平均时间=++/3=，

故混合气流量为20÷×60= ml/min；氮气流量为－= ml/min。

3. 色谱吸附脱附数据记录

表3-色谱脱附数据

4. 数据处理

表4-数据处理

备注：混合气4超出BET公式处理范围，不予处理

（氮气分压P；待测样品吸附气体总体积V；吸附温度下液氮饱和蒸气压P0）计算示例：（以混合气1为例）氮气流量为ml/min，