催化剂比表面积与孔结构测定方法共63页文档
合集下载
催化剂比表面积
比表面（ 比表面（specific surface area）与分散度 ）
▀比表面－－通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的 比表面－－通常用来表示物质分散的程度 比表面 物质分散的程度，
表示方法： 表示方法： 1）一种是单位质量的固体所具有的表面积； 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 单位质量的固体所具有的表面积 2）另一种是单位体积固体所具有的表面积。 另一种是单位体积固体所具有的表面积。 单位体积固体所具有的表面积
ka,kd――分别为吸附和脱附速率常数； 分别为吸附和脱附速率常数； 分别为吸附和脱附速率常数 K——该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； 该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； 该吸附过程的吸附系数 K0——指数表达式的指前因子，近似认为与温度无关。 指数表达式的指前因子， 指数表达式的指前因子 近似认为与温度无关。
催化剂比表面积 和孔结构测定
2020系列全自 ASAP 2020系列全自 动快速比表面积及 中孔/微孔分析仪-中孔/微孔分析仪----美国麦克公司 ---美国麦克公司
仪器介绍
2020系列全自动快速比表面积及中孔 微孔分析仪， 系列全自动快速比表面积及中孔/ ASAP 2020系列全自动快速比表面积及中孔/微孔分析仪 ， 可同时进行一个样品的分析和两个样品的制备， 可同时进行一个样品的分析和两个样品的制备，仪器的操作软 件为先进的“Windows”软件 仪器可进行单点、多点BET 软件， BET比表面 件为先进的“Windows 软件，仪器可进行单点、多点BET比表面 Langmuir比表面积 BJH中孔 孔分布、 比表面积、 中孔、 积、Langmuir比表面积、BJH中孔、孔分布、孔大小及总孔体积 和面积、密度函数理论（DFT） 和面积、密度函数理论（DFT）、吸附热及平均孔大小等的多种 数据分析.仪器的工作原理为等温物理吸附的静态容量法。 数据分析.仪器的工作原理为等温物理吸附的静态容量法。
比表面和孔径分布2
i
0
Si
i 0
Si=CxiS0
CS0 ixi
V
i 1
Vm
S0(1 C xi )
i 1
V
Cx
Vm ( 1 x )( 1 x Cx )
X=1时，V=∞；而当P=P0时，将发生 凝聚，V=∞。因此，x=P/P0
P
1 C 1 P
V ( P0 P ) CVm CVm P0
S1=yS0; S2=xS1=xyS0; S3=xS2=x2yS0
同样，对第一层，平衡关系可表示为：
··· ··· ···
a1PS0+ d2S2exp(-q2/RT) =d1S1exp(-q1/RT)+ a2PS1
Si=xSi-1=xi-1yS0 令C=y/x
使S1增加
使S1减小
Si=CxiS0
联立以上两式 a2PS1=d2S2exp(-q2/RT)
B点法：
倒数求Vm
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
B点法也是一种近似方法，它与多点法的
P/P0
误差直接取决于确定B点的正确性，后者
又依赖于C值的大小。C＞100时，B点容易
确定,Vm与VB近似相等；C＜80时，B点难 以确定，C＜20时，无法分辨B点
B点法不是一个快速的方法
1) 吸附现象及其描述
f (T , P)
P=常数，α=f(T) 称为吸附等压线 T=常数， α=f(P) 称为吸附等温线 α=常数，P= f(T) 称为吸附等量线
f (P / P0 )
V f (P / P0 )
Ⅰ型等温线 Ⅱ型等温线 Ⅲ型等温线 Ⅳ型等温线 Ⅴ型等温线 Ⅵ型等温线
(最新整理)比表面积和孔结构测定简介
吸附量ν
相对压力p/p0
2021/7/26
16
Ⅳ型等温线是一种特殊类型的等温线，反应的是固体 均匀表面上谐式多层吸附的结果。（有毛细凝聚现象 发生） Ⅴ型等温线很少遇到，而且难以解释，虽然反映了吸 附质与吸附剂之间作用微弱的Ⅲ型等温线特点，但在 高压区又表现出有孔充填（毛细凝聚现象）。
2021/7/26
(1-1) (1-2) (1-3) (1-4)
2021/7/26
13
吸附现象及其描述
吸附等温线形式
*假设温度控制在气体临界温度下，
α=f ( p/p0)
(1-5)
式中p0－－吸附质饱和蒸汽压
*气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的 气体体积容量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为 ：
19
单分子层吸附等温方程
模型的基本假定： ——朗格谬尔（Langmuir）等温方程
吸附表面在能量上是均匀的，即各吸附位具有相同的能量；
被吸附分子间的作用力可略去不计；
属单层吸附，且每个吸附位吸附一个质点；
吸附是可逆的。
用θ表示覆盖度，即吸附剂表面被气体分子覆盖的分数， 未被覆盖分数应为(1-θ)，则
吸附量表示方法
*在一定条件下，单位重量的固体吸附剂所吸附的吸附质的量或体积（一般 换算成标准状态STP）
吸附现象描述
在测定吸附量过程中发现，吸附剂吸附一种气体吸附质时，其吸附量（α）
α=f (T, p) T=常数 α=f ( p)称吸附等温线 p =常数 α=f (T)称吸附等压线 α=常数 p =f (T)称吸附等量线
质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。
2021/7/26
11
把比边长表为面1（cms的pe立c方ific体s逐ur渐fac分e割ar成ea小）立与方分体散的情度况：
催化剂比表面积和孔结构测定方法学习教案
质在
第6页/共63页
吸附剂上的吸附量为纵坐标
的曲线.
第七页，共64页。
▀物理吸附
*物理吸附是吸附质分子靠范德华力（分子引力）在吸附 剂表面上吸附，它类似于蒸汽的凝聚和气体的液化。
*表面上剩余力场是表面原子配位不饱和造成的，作用力 较弱，致使物理吸附分子的结构变化不大，接近于原气 体或液体中分子的状态。
第2页/共63页
第三页，共64页。
技术参数
1.比表面积分析范围为0.0005 m2/g至无上限。 2.孔径的测量范围为埃至5000埃。 3.微孔(wēi kǒnɡ)区段的分辨率为埃。 4.孔体积最小检测: 0.0001 cc/g。
主要(zhǔyào)特点
1.单点、多点BET比表面积 比表面积 中孔、孔分布、孔大小及总孔体积和面积 4.标准配置密度函数理论(lǐlùn)（DFT/NLDFT）,DA,DR,HK,MP等微孔分析方法 。 5.吸附热及平均孔径，总孔体积。 6.提供了测定H2 气体绝对压力的吸附等温线，增强了在燃料电池方面的应用。
相对压力p/p0
第14页/共63页
第十五页，共64页。
吸 附量ν
Ⅳ型等温线是一种特殊类型的等温线，反应的是固体均匀表面上谐 式多层吸附的结果。（有毛细凝聚现象发生） Ⅴ型等温线很少遇到，而且难以解释，虽然反映了吸附质与吸附剂 之间作用微弱(wēiruò)的Ⅲ型等温线特点，但在高压区又表现出有 孔充填（毛细凝聚现象）。
式（1-11）在用p/v对p作图时是一条(yī tiáo)直线，其斜率为1/vm，截距为1/(vmK)，由此可以 求出单分子层饱和吸附量vm。
第20页/共63页
第二十一页，共64页。
多分子层吸附(xīfù)等温方程 ——BET吸附(xīfù)等温式
比表面积和孔结构分析技术
通过比表面积和孔结构分析技术，可以优化吸附剂的制备工艺，提高吸附和分离过 程的效率和纯度。
电池和超级电容器
在电池和超级电容器中，电极材 料的比表面积和孔结构对电化学
性能有重要影响。
比表面积越大，电极材料与电解 液接触的表面积越大，反应活性 越高。孔结构则影响电解液的渗
透和离子的传输。
通过比表面积和孔结构分析技术， 可以优化电极材料的制备工艺， 提高电池和超级电容器的能量密 度、充放电性能和循环寿命。
比表面积和孔结构分析技 术
• 引言 • 比表面积分析技术 • 孔结构分析技术 • 比表面积和孔结构在材料科学中的应
用 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
比表面积和孔结构分析技术是材料科学和工程领域中重要的研究手段，用于评 估材料的表面特性和孔隙结构，进而了解材料的物理、化学和机械性能。
背景
随着科技的发展，对材料性能的要求越来越高，材料的比表面积和孔结构对性 能的影响越来越受到关注。因此，发展高效的比表面积和孔结构分析技术对于 材料研究和应用具有重要意义。
THANKS
感谢观看
比表面积和孔结构的重要性
比表面积
材料的比表面积是指单位质量或单位 体积的表面积，它决定了材料与气体 的接触面积，影响材料的吸附、反应 和催化性能。
孔结构
重要性
通过对比表面积和孔结构的分析，可 以深入了解材料的表面性质和内部结 构，为优化材料性能、开发新材料提 供重要依据。
材料的孔结构包括孔径、孔容、孔分 布等参数，这些参数直接影响材料的 储气、吸水、吸油、过滤等性能。
Langmuir方法
01
Langmuir方法是另一种测量固体物质比表面积的方法。
02
电池和超级电容器
在电池和超级电容器中，电极材 料的比表面积和孔结构对电化学
性能有重要影响。
比表面积越大，电极材料与电解 液接触的表面积越大，反应活性 越高。孔结构则影响电解液的渗
透和离子的传输。
通过比表面积和孔结构分析技术， 可以优化电极材料的制备工艺， 提高电池和超级电容器的能量密 度、充放电性能和循环寿命。
比表面积和孔结构分析技 术
• 引言 • 比表面积分析技术 • 孔结构分析技术 • 比表面积和孔结构在材料科学中的应
用 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
比表面积和孔结构分析技术是材料科学和工程领域中重要的研究手段，用于评 估材料的表面特性和孔隙结构，进而了解材料的物理、化学和机械性能。
背景
随着科技的发展，对材料性能的要求越来越高，材料的比表面积和孔结构对性 能的影响越来越受到关注。因此，发展高效的比表面积和孔结构分析技术对于 材料研究和应用具有重要意义。
THANKS
感谢观看
比表面积和孔结构的重要性
比表面积
材料的比表面积是指单位质量或单位 体积的表面积，它决定了材料与气体 的接触面积，影响材料的吸附、反应 和催化性能。
孔结构
重要性
通过对比表面积和孔结构的分析，可 以深入了解材料的表面性质和内部结 构，为优化材料性能、开发新材料提 供重要依据。
材料的孔结构包括孔径、孔容、孔分 布等参数，这些参数直接影响材料的 储气、吸水、吸油、过滤等性能。
Langmuir方法
01
Langmuir方法是另一种测量固体物质比表面积的方法。
02
《催化剂比表面积》课件
计算方法
根据催化剂的几何形状 和尺寸等参数来计算催 化剂比表面积的方法。
催化剂比表面积与催化活性的关系
催化反应速率
催化剂比表面积越大，提供 的催化活性中心越多，反应 速率越高。
催化剂选择性
催化剂比表面积可以影响催 化剂的选择性，因为不同环 境下，表面反应可能会发生 不同的化学过程。
催化效率
催化剂比表面积越大，可以 提高反应的催化效率，减少 反应时间和催化剂用量。
催化剂结构
催化剂的微观结构和孔结构会影响其比表 面积。
反应条件
反应条件对催化剂比表面积也会产生一定 影响。
结论及展望
1
结论
催化剂比表面积是催化剂性能和活性的重要参数。
2
展望
随着催化剂比表面积测量技术的发展，将能够更加深入地了解和控制催化反应过 程。
催化剂比表面积
催化剂比表面积是衡量催化剂表面积与体积之比的重要参数。在本课件中我 们将深入探讨催化剂比表面积的意义，测量方法，以及它与催化活性的关系。
催化剂比表面积的测量方法
物理方法
氮气吸附法和比表面积 仪是常用的测量催化剂 比表面积的物理方法。
化学方法
染色法和电化学法是通 过化学反应来测量催化 剂比表面积的方法。
常见的催化剂比表面积测试技术
比表面积仪法
使用比表面积仪测定催化 剂的比表面积。
氮气吸附法
通过测量氮气吸附量来计 算催化剂的比表面积。
催化反应法
通过测量催化反应速率等 参数来推测催化剂的比表 面积。
催化剂比表面积的影响因素
催化剂粒径
粒径越小，催化剂比表面积越大。
催化剂制备方法
不同的催化剂制备方法可能会影响催化剂 的比表面积。
催化剂表面积测定
Vm Sg = Am ×NA × ×10 -18 m 2 /g 22414
பைடு நூலகம்
BET法
注： ◇BET等温吸附方程的适用范围: 相对压(P/Ps)在0.05~0.35之间 ◇当相对压在0.35~0.6间, 用包括三个常数的B-E-T公式：
1 n 1 p / ps n n p / ps n 1 Cp V Vm ps P 1 C 1 p / ps C P / PS n1
vm = 1/(m + b)
(1-8)
二、 表面积计算
固体吸附剂的表面积常以比表面积求出， 每克固体吸附剂（包括催化剂）的总表面积 为比表面（积），以符号Sg表示。
BET法
以p/v (p0-p) ―p/p0作图
p 1 C－1 p 由BET吸附等温方程（1-６） ( po－p) ＝ vmC + vmC • po 知： v
例题
根据0℃时丁烷在某催化剂上的吸附数据，以
P P ~ 作图后，求出Vm = 24.5cm3 V PS P PS
已知丁烷的A = 0.446nm2 = 4.46 10-19m2
吸附剂的W = 1.876 g
24.5 6.02310 4.4610 S比 22400 1.876
1. 单分子层吸附等温方程 ——朗格谬尔（Langmuir） 等温方程
当达到动态平衡时，kap(1- ) kd
(1-3) (1-4)
其中：
kap Kp kd kap 1 Kp
ka K = = K 0 exp( q / RT ) kd
式中： p ——吸附质蒸气吸附平衡时的压力； K——该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； K0——K指数表达式的指前因子，近似认为与温度无关。
பைடு நூலகம்
BET法
注： ◇BET等温吸附方程的适用范围: 相对压(P/Ps)在0.05~0.35之间 ◇当相对压在0.35~0.6间, 用包括三个常数的B-E-T公式：
1 n 1 p / ps n n p / ps n 1 Cp V Vm ps P 1 C 1 p / ps C P / PS n1
vm = 1/(m + b)
(1-8)
二、 表面积计算
固体吸附剂的表面积常以比表面积求出， 每克固体吸附剂（包括催化剂）的总表面积 为比表面（积），以符号Sg表示。
BET法
以p/v (p0-p) ―p/p0作图
p 1 C－1 p 由BET吸附等温方程（1-６） ( po－p) ＝ vmC + vmC • po 知： v
例题
根据0℃时丁烷在某催化剂上的吸附数据，以
P P ~ 作图后，求出Vm = 24.5cm3 V PS P PS
已知丁烷的A = 0.446nm2 = 4.46 10-19m2
吸附剂的W = 1.876 g
24.5 6.02310 4.4610 S比 22400 1.876
1. 单分子层吸附等温方程 ——朗格谬尔（Langmuir） 等温方程
当达到动态平衡时，kap(1- ) kd
(1-3) (1-4)
其中：
kap Kp kd kap 1 Kp
ka K = = K 0 exp( q / RT ) kd
式中： p ——吸附质蒸气吸附平衡时的压力； K——该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数； K0——K指数表达式的指前因子，近似认为与温度无关。
第五章-表面积与孔结构
催化剂的表面积与孔结构一. 催化剂的表面积一般：催化剂表面积愈大，其上所含的活性中心愈多。
因而，表面积愈大，活性愈高。
（一）表面积与孔的关系实心的固体物质，即使颗粒度很小，比表面积也是很低的;通常的催化剂具有很高的比表面积，是由于其具有大量的微孔结构。
微孔为催化剂提供了巨大的比表面积。
内表面与外表面：许多催化剂的内表面积远远大于外表面积，因此，内表面积对于催化剂的活性和选择性至关重要；800~1000活性炭400~1000沸石分子筛中孔物质400A12 O 3-SiO 2 无定形145Al 2O 3900k 预热160Al 2O 3/Cr 2O 3215Al 2O 3750k 预热5-Al 2O 3 1.6ZnO 11Fe+Al 2O 30.6Fe 比表面m 2/g催化剂（二）表面积的测定测定多孔性固体（催化剂）的表面积，应用许多方法，目前应用较广的方法其原理是BET 理论。
由Brunauer, Emmett 及Teller 提出•BET 方程0011)(P PCV C CV P P V P m m −+=−基本假定:1.吸附是吸附核解吸平衡的结果;2.固体表面是均匀的3.被吸附的分子解吸时不受四周其他分子的影响;4.可以形成多层吸附;式中:C 常数P 0指定温度下液态吸附质的饱和蒸汽压;V m 饱和单层吸附时的吸附量P 吸附压力V吸附量•实验:….….….36.5633.53V/(dm 3.k g)…….….13.958.88P/KPa按照BET 方程，以对P/P 0 作图，可得一条直线，斜率为：截距为：以I 代表截距，S 代表斜率，则：)(0P P V P−m CV C 1−mCV1)1S I V m +=因为，比表面S g = 总面积/ 催化剂重量，所以S g = W NA V V m mol m 1其中：V mol ：摩尔体积A m：一个吸附质分子的截面积（N 2是16.2 A 2）W ：催化剂重量相对压力小于0.05时，压力太小，不易建立起多层的物理吸附平衡;相对压力太大，使毛细凝聚作用突出。
BET_BJH_HK_T-PLOT催化剂比表面积详解
力场，这样就对气体分子产生吸附作用。 *吸附的分子仍是在不断运动的（例如振动）。
*气体分子能克服固体表面的引力，会离开表面造成脱附。
*吸附与脱附之间可以建立动态平衡.
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
吸附剂:具有吸附能力的固体物质. 吸附质:被吸附剂所吸附的物质,(如氮气).
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
物理吸附理论简单介绍
吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物 质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的 分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。
*气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，就产生一个剩余
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
IUPAC定义的孔大小（孔宽）分为：
微孔（micropore） < 2nm 中孔（mesopore） 2～50nm 大孔（macropore） 50～7500nm 巨孔（megapore） > 7500nm（大气压下水银可进入）
此外，把微粉末填充到孔里面，粒子(粉末)间的空 隙也构成孔。虽然在粒径小、填充密度大时形成小 孔，但一般都是形成大孔。 分子能从外部进入的孔叫做开孔(open pore)，分 子不能从外部进入的孔叫做闭孔(closed pore)。
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Ⅴ型等温线很少遇到，而且难以解释，虽然反映了吸附质
与吸附剂之间作用微弱的Ⅲ型等温线特点，但在高压区又
表现出有孔充填（毛细凝聚现象）。
Ⅵ型等温线：又称阶梯型等温线。是一种特殊类型的等温 线，反映的是固体均匀表面上谐式多层吸附的结果（如氪 在某些清净的金属表面上的吸附）实际上固体的表面，尤 其是催化剂表面，大都是不均匀的，因此很难遇到此情况
比表面积和孔结构测定简介
Sg = Am ×NA × 22414 ×10 m /g
式中 NA——阿伏伽德罗常数（6.02x1023）。
1.2.1 BET法
*埃米特和布郎诺尔曾经提出77K（-195℃）时液态六方密堆 积的氮分子横截面积取0.162nm2，将它代入式（1-14）后， 简化得到BET氮吸附法比表面积的常见公式：
(1-11）
式（1-10）与式（1-11）都称为朗格谬尔吸附等温式，他们在用v对p作图时的形状
与Ⅰ型吸附等温线相同。实际上，分子筛或只含微孔的活性炭吸附蒸汽时的吸附 等温线就是Ⅰ型的，因此Ⅰ型又称为朗格谬尔吸附等温线。 式（1-11）在用p/v对p作图时是一条直线，其斜率为1/vm，截距为1/(vmK)，由此 可以求出单分子层饱和吸附量vm。
*假设温度控制在气体临界温度下，
α=f ( p/p0)
式中p0－－吸附质饱和蒸汽压
(1-5)
*气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的
气体体积容量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为：
v= f ( p/p0)
(1-6)
Brunauer分类的五种等温线类型
Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形
1.1 物理吸附理论简单介绍 1.2 表面积计算 1.3 孔结构分析
1.1 物理吸附理论简单介绍
1.1.1 吸附现象及其描述
•吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物 质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的 分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。
*气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不法 其它方法
1.2 表面积计算
1.2.1 BET法
BET吸附等温方程（1-12）――――单层饱和吸附量 vm ： 1 (1-13) vm =
式中 NA——阿伏伽德罗常数（6.02x1023）。
1.2.1 BET法
*埃米特和布郎诺尔曾经提出77K（-195℃）时液态六方密堆 积的氮分子横截面积取0.162nm2，将它代入式（1-14）后， 简化得到BET氮吸附法比表面积的常见公式：
(1-11）
式（1-10）与式（1-11）都称为朗格谬尔吸附等温式，他们在用v对p作图时的形状
与Ⅰ型吸附等温线相同。实际上，分子筛或只含微孔的活性炭吸附蒸汽时的吸附 等温线就是Ⅰ型的，因此Ⅰ型又称为朗格谬尔吸附等温线。 式（1-11）在用p/v对p作图时是一条直线，其斜率为1/vm，截距为1/(vmK)，由此 可以求出单分子层饱和吸附量vm。
*假设温度控制在气体临界温度下，
α=f ( p/p0)
式中p0－－吸附质饱和蒸汽压
(1-5)
*气体吸附量普遍采用的是以换算到标准状态（STP）时的
气体体积容量（cm3或ml）表示，于是方程(1-5)改写为：
v= f ( p/p0)
(1-6)
Brunauer分类的五种等温线类型
Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型曲线是凸形
1.1 物理吸附理论简单介绍 1.2 表面积计算 1.3 孔结构分析
1.1 物理吸附理论简单介绍
1.1.1 吸附现象及其描述
•吸附现象:
吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物 质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的 分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。
*气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不法 其它方法
1.2 表面积计算
1.2.1 BET法
BET吸附等温方程（1-12）――――单层饱和吸附量 vm ： 1 (1-13) vm =
催化剂表征与测试
（1）粒径越小，外表面积越大； （2）扩散控制的反应，小粒径催化剂有利； （3）流化床反应器，粒径分布影响其流化特性； （4）浆态床反应器，催化剂粒度和粒度分布影响其 悬浮和沉降性能。 一定形状的粒状催化剂：直径0.5~10mm，直接测量法 细粉粒催化剂：直径0.1~200m 筛分法、重力沉降法、电子显微镜法等
催化剂表征与测试
2、热分析
2、热分析(Thermal Analysis)
原理：在程序升温的过程中测定样品的性质随温度 的变化，从而获取样品晶相和结构变化的信息。
（1）差热分析（DTA）和扫描量热分析（DSC）
DTA－differential thermal analysis DSC－differential scanning calorimetry 原理：在按一定的速率加热和冷却的过程中，测量试 样和参比物之间的温度差（或热量差）。 任何伴有放热或吸热的转变或化学反应都可以导致温差 或热量差。由此可以获得有关相变、晶相转变、固相反应、 分解反应、氧化或还原等方面的信息。
催化剂表征与测试
二、热性质
2、抗热冲击性能 在催化剂制备、使用、再生过程中，温度的剧烈变 化使他受到热冲击，从而引起催化剂烧结、失活、颗粒 破碎、床层压降升高甚至床层堵塞。 热冲击性能评价指标： 裂纹的产生：抗热冲击参数R1 裂纹扩展：抗热冲击参数Rp
催化剂表征与测试
第五节 本体性质
一、组成 组成分析：催化剂的元素组成进行定性和定量分析。 生产制备过程的控制 产品的最终分析 使用过程的分析：组分变化和污染物分析 污染物： （1）灰尘和外来碎屑； （2）反应物料中带来的毒物，如S、As、Pb和Cl等； （ 3）金属污染物，如Ni、Fe、V、Ca、Mg、Na、K等； （4）结焦和缩聚物。
催化剂表征与测试
2、热分析
2、热分析(Thermal Analysis)
原理：在程序升温的过程中测定样品的性质随温度 的变化，从而获取样品晶相和结构变化的信息。
（1）差热分析（DTA）和扫描量热分析（DSC）
DTA－differential thermal analysis DSC－differential scanning calorimetry 原理：在按一定的速率加热和冷却的过程中，测量试 样和参比物之间的温度差（或热量差）。 任何伴有放热或吸热的转变或化学反应都可以导致温差 或热量差。由此可以获得有关相变、晶相转变、固相反应、 分解反应、氧化或还原等方面的信息。
催化剂表征与测试
二、热性质
2、抗热冲击性能 在催化剂制备、使用、再生过程中，温度的剧烈变 化使他受到热冲击，从而引起催化剂烧结、失活、颗粒 破碎、床层压降升高甚至床层堵塞。 热冲击性能评价指标： 裂纹的产生：抗热冲击参数R1 裂纹扩展：抗热冲击参数Rp
催化剂表征与测试
第五节 本体性质
一、组成 组成分析：催化剂的元素组成进行定性和定量分析。 生产制备过程的控制 产品的最终分析 使用过程的分析：组分变化和污染物分析 污染物： （1）灰尘和外来碎屑； （2）反应物料中带来的毒物，如S、As、Pb和Cl等； （ 3）金属污染物，如Ni、Fe、V、Ca、Mg、Na、K等； （4）结焦和缩聚物。
催化剂的表面积、孔容、孔结构
exp( 2V~)
rn2RTV~
exp(
)
rb RT
因为rb > rn，故Pb > Pn。
墨水瓶模型的 毛细管凝聚
模型二-Cohan两端开口的圆柱形模型：在
孔内，气-液间不是形成弯月面，不能直接
用Kelvin方程，而是形成圆筒形液膜，随压
力增加，液膜逐渐增厚。
Cohan给出凝聚所需的压力为
b2 s2
exp( q2 RT
)
b1s1
exp( q1 RT
)
a2 Ps1
即
a2 P s1
b2 s2
exp( q2 RT
)
同理，对(i-1)层，
ai Psi1
bi si
exp( qi RT
)
假定第二层及以上各层分子吸附的性质与在液体中凝聚性质一
样 (i >= 2)，
qi ql ,
度为 l ，平均孔半径为r ，孔内壁光滑，伸入颗粒中心。
1、平均孔半径
若一个催化剂颗粒的外表面为sx，单位外表面内的孔口数目为np，
颗粒内表面的理论值
sxnp 2rl
颗粒的表面积主要由内表面贡献，其实验值为 Vp pSg
所以 sxnp 2rl = Vp pSg
每个颗粒所含孔体积的理论值为 sxnp r 2l
V Vm
cs0 ixi
i0
s0 (1 c xi )
cx (1 x)(1 x cx)
i0
x = 1时，V = 。当吸附质压力为饱和蒸气压时，即P = P0，将 发生凝聚，V = 。因此，x = 1与P = P0相对应，故x = P/P0，
第二章 催化剂比表面积和孔结构测定
2. 多分子层吸附等温方程 ——BET吸附等温式
单分子层吸附等温方程无法描述除Ⅰ型等温线以外的其 他等温线。为了解决这个困难，布朗诺尔（Brunauer）、埃 米特（Emmett）和泰勒（Teller）提出了多分子层吸附模型， 并且建立了相应的吸附等温方程，通常称为BET等温方程。 BET模型假定： 吸附表面在能量上是均匀的，即各吸附位具有相同的能量； 被吸附分子间的作用力可略去不计； 固体吸附剂对吸附质——气体的吸附可以是多层的，第一 层未饱和吸附时就可由第二层、第三层等开始吸附，因此各 吸附层之间存在着动态平衡； 自第二层开始至第n层（n→∞），各层的吸附热都等于吸 附质的液化热。
2.2.1 BET法
讨论： *随C值的增加，吸附等温曲线由Ⅲ型变为Ⅱ型，曲线在v/ vm=1处的弯曲越来越接近直角。这反映了第 一吸附层和其它吸附层之间吸附力场的差异越来越大。*当C值很大时，就可以由实验数据确定vm的值。 在C值比较小时，尽管也可以由BET公式计算得到vm的值，但此时由于实验数据的微小变动就能引起vm 值较大变化。从图形上看，随着曲线弯曲趋于平缓而不明显，vm不确切增大。当C值接近于1时，甚至 根本无法求算vm的值。 一点法 氮吸附时C常数通常都在50～200之间，由于C常数较大，所以在BET作图时的截距1/ vm C很小，在 比较粗略的计算中可以忽略，即可以把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，通常称为一点法或单点法。只有当C值>>1的前提下，二者误差一般在10%以内。 多点法 相对于一点法来说，常规BET作图测定比表面要进行多个实验点（一般取五点）测量，因此又称多点 法。
斜率＋截距
设每一个吸附分子的平均截面积为Am(nm2) ，此Am就是 该吸附分子在吸附剂表面上占据的表面积： Vm (2-16) Sg = Am ×NA × ×10 -18 m 2 /g
烟气脱硝催化剂之比表面积及孔径分布
烟气脱硝催化剂之比表面积及孔径分布选择性催化还原技术（SCR）是目前最成熟的烟气脱硝技术, 它是一种炉后脱硝方法, 最早由日本于 20 世纪 60~70 年代后期完成商业运行, 是利用还原剂(NH3, 尿素)在金属催化剂作用下, 选择性地与 NOx 反应生成 N2 和H2O, 而不是被 O2 氧化, 故称为“ 选择性” 。
世界上流行的 SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法 SCR 2种。
此2种方法都是利用氨对NOx的还原功能,在催化剂的作用下将 NOx (主要是NO)还原为对大气没有多少影响的 N2和水,还原剂为 NH3。
在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2 O5 -WO3或V2O5-MoO3为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。
应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂（345℃～590℃）、中温催化剂（260℃～380℃）和低温催化剂（80℃～300℃），不同的催化剂适宜的反应温度不同。
如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。
国内外SCR系统大多采用高温，反应温度区间为315℃～400℃。
优点：该法脱硝效率高，价格相对低廉，广泛应用在国内外工程中，成为电站烟气脱硝的主流技术。
缺点：燃料中含有硫分, 燃烧过程中可生成一定量的SO3。
添加催化剂后, 在有氧条件下, SO3 的生成量大幅增加, 并与过量的 NH3 生成 NH4HSO4。
NH4HSO4具有腐蚀性和粘性, 可导致尾部烟道设备损坏。
虽然SO3 的生成量有限, 但其造成的影响不可低估。
另外,催化剂中毒现象也不容忽视。
关于烟气脱硝催化剂性能指标，比表面积、孔容、孔径及孔径分布是非常重要的物性指标，是直接影响催化剂脱硝效果的重要因素。
北京精微高博科学技术有限公司，是一家专业研发、生产、销售比表面积、孔容、孔径分布测试仪的国家级高新技术企业，通过ISO9001：2008质量管理体系认证及欧盟CE认证，公司主营产品有：JW-BK112经典型单站比表面积及孔径分析仪、JW-BK222双站高效型比表面积及孔径分析仪、JW-BK122W普通型比表面积介孔微孔分析仪、JW-BK132F高端精密型比表面积介孔微孔分析仪等等，是专业检测火电厂烟气脱硝催化剂的仪器。