催化剂比表面积和孔结构测定共65页文档
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实验十六流动吸附色谱法测定催化剂的比表面积(精)
实验十六流动吸附色谱法测定催化剂的比表面积一．实验目的1．明确固体催化剂比表面积测试的意义。
2．熟悉装置，了解吸附原理，掌握测试方法。
3．掌握流动吸附色谱法计算面积的方法——B·E·T计算法。
二．实验原理测定表面积是根据气体吸附理论来进行的，吸附量的测定方法有静态的BET法（重量法、容量法）和流动的气相色谱法，色谱法的特点是不需要真空装置，方法简单、迅速、安全。
该法所用的流动气体是一种吸附质与一种惰性气体的混合物，通常采用氮气作为吸附质，氦气作载气。
由于条件限制，本实验采用氮气作吸附质，氢气作载气，氮气、氢气以一定比例混合，达到一定的相对压力，然后流经样品，当样品放入盛有液氮的保温瓶里冷却时，样品对混合气中的氮气发生物理吸附，而不吸附氢气，吸附气体量与试样表面积成正比，当吸附达到平衡时，除去液氮，温度升高。
氮气又从样品声脱附而出，混合气体的浓度变化用热导池检测器记录下来，由脱附峰与已知的一定氮气量出的标准峰面积比（直接标定），即可计算出此氮气分压下的吸附量。
按照B·E·T式计算单分子层饱和吸附量，从而求出催化剂表面积。
三．实验装置实验装置如图16-1所示：图16-1 流动吸附色谱法测定催化剂比表面积流程示意图1—氮气、氢气钢瓶；2—减压阀；3—净化器；4—稳流阀；5—转子流量计；6—混合器；7—1号冷阱；8—热导池；9—恒温箱；10—标准六通阀；11—2号冷阱；12—皂沫流量计；13—平衡电桥；14—XWC—100型电子电位差计；四． 操作步骤 1．样品称量样品经110℃干燥后，装入样品管，精确称取0.0300~0.0800克（根据样品表面积大小而异），然后把它装到测定仪的样品管接口上（为防止药品进入仪器，管口用药棉堵上）。
2．测试液氮的饱和蒸汽压Ps 。
由于每次实验时温度和大气压都是不同的，加上液氮在存放和使用过程中不断地挥发和空气的冷凝，温度有所变化，导致液氮饱和蒸汽压Ps 的改变，因此，每次实验都必须测定当时的液氮饱和蒸汽压，本实验用氧蒸汽温度计测定液氮的实际温度，然后再利用蒸汽压和温度的关系曲线，查得液氮的饱和蒸汽压Ps 。
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。
催化剂的表面积、孔容、孔结构PPT文档共39页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
ห้องสมุดไป่ตู้
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
催化剂的表面积、孔容、孔结构
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
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
催化剂比表面积和孔结构测定
Vm Sg = Am × NA × ×10 -18 22414
m 2 /g
(2-16)
2.2.3 经验作图法
德.博尔(De Boer)建立起来的v-t作图法 对于固体表面上无阻碍地形成多分子层的物理吸附, BET理论给出吸附层数: v C p / p0 (2-18) n= =
vm
(1- p/p0)[1+ (C -1) p/p0]
化学吸附
*化学吸附类似于化学反应,吸附质分子与吸附剂表面原子间形成吸附 化学键. *被化学吸附的分子与原吸附质分子相比,由于吸附键的强烈影响,结 构变化较大. *由于化学吸附同化学反应一样只能在特定的吸附剂-吸附质之间进行 所以具有专一性,并且在表面只能吸附一层.
2.1.1 吸附现象及其描述
吸附现象方法 *在一定条件下单位吸附剂表面上吸附的吸附质的量(气体 的量或体积) *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) 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) (2-1) T=常数 α=f ( p)称吸附等温线 (2-2) p =常数 α=f (T)称吸附等压线 (2-3) α=常数 p =f (T)称吸附等量线 (2-4)
1. 单分子层吸附等温方程 ——朗格谬尔(Langmuir)等温方 程
如果用v(STP,ml/g)表示吸附量,vm(STP,ml/g)表示 单分子层饱和吸附量,则,式(2-10)化简得:
p / v = 1 / v m K + p / vm
(2-11)
式(2-10)与式(2-11)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(2-11)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.
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。
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
催化剂比表面积65页PPT
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
催化剂比表面积
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。—