实验十三 固体颗粒孔容积的测定

1、实验十三固体颗粒孔容积的测定固体颗粒孔容积VC是指每克固体颗粒内部微孔所占据的体积，其值对它的物理化学性能（例如寿命、机械强度、耐热性等）有很大的影响，尤其是它还会影响催化与非催化反应动力学参数，例如反应速率常数、活化能，甚至反应级数。因此，研究固体颗粒的孔结构重要参数之一的孔容积，对催化剂的评价与新型催化剂的开发均具有重要意义。一 实验目的（1） 了解孔容积的定义、作用及测定原理；（2） 掌握孔容积测定的实验技术；（3） 用四氯化碳吸附法测出活性氧化铝的孔容积值。二实验原理与方法测定孔容积的方法有沸腾法、氦汞置换法。沸腾法是将已知质量的固体颗粒试样浸入水一类的液体（如苯）中进行沸腾，在微孔中

2、空气被置换后，将试样外表面擦干并称重，以试样的增重除以液体的密度即得孔容积。氦汞置换法是在恒定的大气压下，测定容器中被固体颗粒试样置换的氦体积，将氦换成汞，再测定置换的汞体积。测定时要预先将固体颗粒经过真空加热处理。由于在大气压下汞不能透入绝大多数催化剂的惟恐，只能填充入颗粒间的空隙，所以两次测得的体积之差即为催化剂试样的容积：（1）式中：VC每克固体颗粒的孔容积，（cm3/g）; VHg被试样置换的汞体积，（cm3）； VHe被试样置换的氦体积，（cm3）； mC固体颗粒试样的质量，（g）;气体和蒸汽在多孔物质上的吸附，在相对压力较高时，会在孔中出现的毛细管凝聚现象，被凝聚的孔大小与相对压力

3、之间的关系可用凯尔文公式表示： （2）式中：r可被凝聚的最大孔半径，（）； 凝聚液的表面张力，（10-5N/cm）; v凝聚液的克分子体积，（ml/mol）; 凝聚液与多孔物质的接触角； R 气体常数； T测定时的温度，（K）； p吸附系统压力； p0温度T时吸附质的饱和蒸汽压。 由此可知，在一定温度下吸附物质在不同孔半径在不同半径的毛细管中凝聚时，随着吸附质相对压力p/p0的增大，可被凝聚的孔也增大。实验表明，当p/p0>0.95时，在颗粒之间的空隙也将发生凝聚，这样就会使测定的VC值偏高而不真实，所以，通常实验即确定在p/p0=0.95的条件下进行。本实验采用吸附法，一四氯化碳为吸附

4、质为了控制p/p0=0.95的实验条件，加入一定量的十六烷（C16H34）来调节。用下式计算多孔固体颗粒的孔容积： （3）式中：样品和容量瓶共同吸附的CCl4量，（g）； 空瓶吸附的CCl4量，（g）； W样样品的重量，（g）; d实验条件下四氯化碳的密度，根据吸附温度查表1或其它资料，（g/ml）。表1 不同温度下四氯化碳的密度温度t/010202530密度g/ml三实验流程与说明吸附法孔容积测定实验系统见图13-1。图13-1 四氯化碳吸附法孔容积测定实验流程示意图1 真空泵；2旋塞；3缓冲瓶；4水银压力计；5活性炭吸附器；6硅胶吸附器；7冷阱；8真空塔干燥器；9储液瓶；10旋塞；为了减少

5、空气及其它气体的影响，实验要在真空下进行，但由于真空度要求不高，所以用旋转真空泵即可。为了避免四氯化碳蒸汽破坏真空泵油，设置冰盐冷阱，即在冷阱中加入冰块与食盐，将四氯化碳蒸汽在此冷凝下来。设置硅胶和活性炭吸附器是为了除去少量的水蒸气及微量的有机蒸汽。四 实验操作步骤 （1）试样的预处理取177420m粒度的活性氧化铝置于马沸炉中在450下烘烤2小时，取出存于干燥器中，冷至室温。（2）配制CCl4C16H34混合液量取174ml CCl4,ml C16H34,再加16ml CCl4以补偿在冷阱中冷凝的CCl4。此溶液的体积百分比浓度为：CCl486.9%，C16H3413.1%，溶液的折光指数为

6、1.4571.458，保持p/p0=0.95,将次溶液倒入储液瓶9中并关闭旋塞10。（3）在两个已知重量的称量瓶中分别精确称量12g已经预处理的样品，放到真空干燥器的托盘上，同时放入一个已知重量的空称量瓶，盖上盖子。（4） 启动真空泵，打开旋塞2，对系统进行抽气与气密性检验。 （5）重新启动真空泵，待水银压力计读数稳定后，开旋塞10，使溶液进入真空干燥器的下部。干燥器下部预先放23粒瓷片。（6）当四氯化碳在冷阱中的冷凝量达到10ml左右时，关闭旋塞2，停止抽气，在室温下放置416小时，使吸附达到平衡，并记下吸附温度。（7）将空气缓慢放入干燥器，移开干燥器盖子，迅速盖紧称量瓶盖后取出称量。（8）称量西服少量四氯化碳的空称量瓶的重量，以获得。五实验数据记录项目四氯化碳吸附法固体颗粒孔容积测定实验的数据记录项目参见表2表2 四氯化碳吸附法测定的原始数据项目序号/ml/mlW瓶/gW空/gW样/gp真/Pat吸/W总/gW空总/g12121212五 验报告内容（1） 说明实验目的与要求；（2） 叙述实验原理与方法；（3） 绘制实验流程图；（4） 记录实验过程步骤；（5） 列出实验数据与结果；（6） 对试验结果与方法分析评论。六 讨论（1） 试分析不同测定方