色谱法测定固体催化剂的表面积

1、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.实验测定方法：经典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得到了广泛应用。.BET法原理：BET理论计算是建立在Brunauer、Emmett和Teller三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上，即著名的BET方程。BET理论是建立在多层吸附的理论基础上的

2、，通常测定多组被测样品在不同的气体分压下的吸附量，以P/P0为X轴，P/V(Po-P)为Y轴进行线性拟合，可以得出直线的截距和斜率，从而算得Vm，进而求得催化剂的比表面积。BET公式的适用范围P/P0=0.050.35,相对压力超过此范品能发生毛细管凝聚现象。3.皂膜流量计：皂膜流量计是由一根带有气体进口的量气管和橡皮滴头组成，使用时先向橡皮滴头中注入肥皂水，挤压橡皮滴头就有皂膜进入量气管。当气体自流量计底部进入时，就顶着皂膜沿着管壁自下而上移动。用秒表测定皂膜移动一定体积时所需时间就可以算出气体流速。4.过程原理：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

3、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：气体组分H,HeNeO2N2导热系数Cal/cm*sec*10539.733.610.875.75.66同样，在随后的每个样品解吸过程中，被吸附的N2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

4、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：尸，(。1)PTOC o 1-5 h zv(pp)VcvcP0mm0其中丫=标定气体体积*待测样品峰面积/标定气体峰面积P,P人”,(C1)411以V(PP)对P作图可得一条直线，斜率为VC，截距为VC00mm所以Vm=1/(斜率+截距)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(vNA)/(22400W)gmAm四、实验步骤.打开载气减压阀，观察电压输出，直到电压输出不变，即流量稳定后用皂膜流量

5、计准确测量三次气体通过20ml时的时间，三次时间相差不超过0.1s,并在整个实验过程中保持载气流速不变，将六通阀至于“测量位”。.打开氮气减压阀，调节氮气流量为10ml/min左右，用皂膜流量计准确测定混合器总流量，三次时间相差不超过0.1s。.打开电脑,打开工作站。将液氮倒入保温杯,将盛有液氮的被子放到第二个升降台上,点击开始,旋转升降开关使保温杯上升。观察工作站显示的曲线,若出现一个完整的波形并出现基线可以认为吸附平衡,点击结束。.点击开始,旋转升降开关使保温杯下降,得到待测样品的脱附峰和峰面积,将六通阀转至“标定位”,得到标定气体的峰和峰面积。.旋转稳压阀改变氮气流量，每次增加约5ml，

6、用皂膜流量计测定混合气体总流量，重复5次3、4步骤5次。五、数据处理表1载气流量测定原始数据表载气第一次测量时间/s第二次测量时间/s第三次测量时间/s平均测定时间/s氢气11.8111.7811.8111.80表2不同氮气流量下实验原始数据表实验序号混合流量测定时间峰面积温度/123号样品脱附峰面积标定气体峰面积19.229.229.2256654511189304720.529.069.099.1259387761187029721.538.478.478.4364546721086100620.948.228.298.2556292281055446821.157.978.008.006

7、0868841047415721.3表3第二号设备相关参数样品质量死体积定量管长比表面积2781.41106929.1表4实验数据整理表实验序号12345氢气平均测量时间/s11.8011.8011.8011.8011.80氢气平均流M/(ml/min)101.69101.69101.69101.69101.69混合气平均测量时间/s9.229.098.468.257.99混合气平均流量/(ml/min)130.15132.01141.84145.45150.19氮气分压P/Pa22.2823.4028.8530.6632.91待测样品峰面积56654515938776645467256292

8、286086884标定气体峰面积1189304711870297108610061055446810474157标定气体体积/ml3.6353.6353.6353.6353.635待测样品所吸附气体的总体积/ml1.731.812.161.942.11表5拟合直线数据表P/P00.20940.21990.27110.28820.3093P/V(Po-P)0.15310.15580.17220.20870.2122计算举例(以第3组实验为例)载气流量的平均测定时间(11.8111.7811.81)/311.80s载气的平均流量F20/11.80B60101.69ml/minH2混合气流量的平均测

9、定时间(8.478.478.43)/38.46s混合气的平均流量F20/8.46B60141.84ml/min氮气分压为P()查的氮的安托尼系数表表6氮的安托尼系数表物质ABC氮6.86606308.365273.21gPAg0308365P106.866069514，3.2798mmHg0换算得P106.4KPa0P/P28.85/106.40.27110P/.,P+28.85/*.16I06.428.85*0,1722得出5组数据的拟合直线数据，作图得图2P/Po-P/*2.PI关系图V=1/(0.618+0.02)=1/0.6381.567mSVNA/H2400WgmAm1.567B6.

10、02.023H6.2H0。/H2400B0.78148.73m2/g91873相对误差-B100%4.07%.结果与分析实验得出的结果8.73与理论值9.1相比，产生了4.07%的误差，下面分析产生误差的原因（1）实验仪器有着系统误差。（2）在实验过程中，不能保证温度恒定，温度产生波动使得标定气体体积产生误差。（3）载气和混合气的流量是不稳定的，使得氮气的分压产生误差。（4）数据处理中使用的数据不精准，如氮的饱和蒸气压是先由插值法求得实际大气压下的沸点后由安托尼方程求得的，这种计算方法不能保证数据精确。.单分子层吸附和多分子层吸附的主要区别是什么？试叙述要点单分子层吸附理论认为固体表面之吸附一层气体分子，而多分子层吸附理论认为分子与分子之间仍存在吸附作用。.实验中相对压力为什么要控制在0.050.35之间？如果相对压力低于0.05，压力太小，催化剂表面不均匀，无法形成单层吸附，此时适用朗格缪尔公式；如果相对压力高于0.035，会发生毛细凝聚现象。.样品管体积使固定的，为什么每做一个实验点都要进行标定？因为实验中做的5组数据，每一组的氮气流量都不同，因此系统的稳态会发生变化，峰面积会发生偏移，为了消除系统误差，使得实验结果更加准确，所以要每一个实验点都进行标定。.在催化