比表面积测定

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 606 室

实验时间： 2014年5月21日

班级/学号：级班组号指导教师：刘老师

实验成绩：

色谱法测定固体催化剂的表面积

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-N 2混气或H 2-N 2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

同样，在随后的每个样品解吸过程中，被吸附的N 2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：

()()11

s m m s

C P P V P P V C V C P -=+

- （1） 式中：P-氮气分压，Pa ；

P s -吸附温度下液氮的饱和蒸气压，Pa ；

V m -待测样品表面形成单分子层所需要的N 2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 （P 0-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

()()g m A m S V N A /22400W = （3）

式中：S g -催化剂的比表面积，m 2

/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16.2×10-20m 2

； W-待测样品重量，g ；

BET 公式的使用范围P/P 0=0.05～0.35，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。

图1 色谱法测定催化剂比表面积流程图

1—减压阀；2—稳压阀；3—流量计；4—混合器；5—冷阱；6—恒温管；7—热导池； 8—油浴箱；9—分配器；10—六通阀；11—定量管；12—样品管；13—皂膜流量计。

四、 实验步骤

1. 打开载气H 2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. 打开N 2减压阀：调节N 2流量，使流量计读数为10ml/min 左右，用皂膜流量计准

确测定混合气体总流量。

3.吸附仪电位调节：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。

4.设定计算参数：打开数据处理应用程序，在应用程序中分别对[设置]菜单中的[显

示设置]、[计算参数设置]、[试样设置]子菜单各参数进行设置。当以气体标样来

标定时，只需要使[试样设置]中各参数不为零即可。（由于气体作标样时只利用

该软件的积分功能，待测样品比表面积需要人工计算求得，故标准样品重量和标

准比表面积及待测样品重量这几个参数不用设定）。

5.低温吸附：将盛满液氮的液氮杯放第二个升降台上，调零后点击[吸附]，接下来

转动升降开关使液氮杯逐渐上升，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。

6.升温吸附：先调零，点击[开始]，降下液氮杯氮，得到待测样品的脱附峰和峰面

积。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。

7.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（取N2流量

计读数依次为20ml/min、30ml/min、40ml/min，50ml/min），用皂膜流量计准确

测量混合气体总流量。按步骤5-7重复操作5次，完成一组样品的实验测定。五、原始数据记录

备注：气体在皂膜流量计的计时体积为20ml。

2

备注： 1. 气体在皂膜流量计的计时体积为20ml；

2. 实验开始温度为31.8℃，结束温度为32.3℃；

3. N2在常压下的沸点为-195.45℃，吸附温度下液氮的饱和蒸汽压为793.3mmHg；

4. 实验设备编号为第四套。

备注：1、标定气体体积为定量管单位长度体积与六通阀死体积之和；