催化科学实验.DOCVIP

催化科学实验 实验一 孔性物质吸附等温线的测定 一．实验目的 1．掌握真空吸附重量法测定吸附等温线的实验技术。 2．了解真空体系的获得，以及测量体系真空度的方法。 二．实验原理 气体或蒸汽分子同具有洁净表面的孔性物质接触，有部分气体或蒸汽分子会附着或结合在孔性物质的表面，使得气固二相界面上气体分子的浓度富集，对定量气体而言，在定容条件下可观察到气体压力的降低，而在定压条件下，便有体积的缩小，这种现象通常称为吸附。被吸附的气体称为吸附物或吸附质，吸附气体分子的固体称为吸附剂。 吸附质分子与吸附剂表面的相互作用力的性质不同，可把吸附作用分为两类，一类是物理作用力，即分子间范德瓦尔力引起的，称为物理吸附，它和蒸汽的凝聚很相似，不论在任何同类或不同类分子间都存在，所以吸附作用是非选择性的，而且往往是多层吸附。另一类是吸附质被吸附后，吸附分子预期表面形成化学键，称为化学吸附，它类似于化学反应，因此只能在特定的吸附质与吸附剂之间进行，故具有选择性，且是单分子层吸附。 在指定的温度和压力下，吸附平衡时，吸附剂吸附气体(或蒸汽)的量与吸附剂的结构、化学组成以及吸附质分子的化学、物理性质都有关系，对于给定的吸附剂与吸附质体系，吸附平衡时，单位重量吸附剂对吸附质的吸附量w，则是吸附温度T、吸附质的压力P的函数: w=f (T·p) 若吸附温度保持不变，则吸附量只是与吸附质的压力有关，随着p的增大，w值增加，当w不再随着p的增加而增加时，该吸附量称为饱和吸附量。这种关系曲线称为吸附等温线。 由于孔性物质对吸附质具有吸附性能，我们可以使用不同大小的吸附质分子作为“码尺分子”来测定晶体物质的孔径大小（对无定形固体，由于其孔径大小不一，只能测其孔径分布），根据晶体物质对各种“码尺分子”是否吸附来确定其孔径范围，可从被具有最大直径的吸附质分子来判断晶体物质的孔径大小。 在测定吸附量时，首先要对吸附剂表面进行处理，也就是要应用真空技术不断地抽空，同时加热样品以获得洁净的表面。 关于真空的获得与测量，可参阅本书《化学实验技术》部分的有关内容 三．实验仪器与试剂 1．仪器：真空吸附仪(见图9-1-1) 测高仪 1台 石英弹簧秤 2只 高频火花检测器 l只 复合真空规 1只 样品篮 2只 2．试剂：苯 A. R． 吸附剂 真空脂 四．实验步骤 1．首先参阅有关真空的获得和测量的知识。然后对照图9-1-1装置，熟悉重量法真空吸附仪中各活塞的开关方向及其作用，并将所有活塞涂好真空脂使其透明无丝纹。 图9-1-1 重量法真空吸附仪 l.磨口玻璃套管;2.石英弹簧秤;3.样品篮;4.水银压力计;5.安培瓶; 6.冷阱;7.扩散泵;8.麦氏规9.电离规管;l0.热偶规管 2. 将吸附物注入安培瓶，涂好真空脂，装在吸附仪上待用，关闭活塞A。 3. 石英弹簧灵敏度的测定。挂上样品篮，用测高仪读出弹簧参考点p的高度，取下玻璃套管1，将50mg标准砝码放入空的样品篮内，套上玻璃管，测出p点的高度，如此重复测出小篮内质量为100mg、150mg、250mg时参考点p的高度。 4. 重测空篮参考点p的高度，取下玻璃套管1,在样品篮内加入300mg左右的吸附剂，套上玻璃套管(涂好真空脂)然后再套上带有控温仪的加热炉。 5.打开活塞A、F，活塞G通向大气，接上真空泵电源抽气，转动活塞G使其断开大气,抽气lmin~2min，让吸附物蒸汽带走安培瓶中的空气，然后关闭活塞A和F。 6. 开通活塞B、C、D、E上使系统抽空，同时接通加热炉电源加热，吸附剂在360℃，真空度为0.133×10－1 Pa的条件下，脱附净化2h(何时使用扩散泵?)然后关闭活塞B、C、D、E，活塞G通向大气。再切断加热炉电源和真空泵电源。取下吸附套管上的加热炉，待温度降至所需的温度时，用测高仪测定参考点p的高度。 7. 打开活塞A，使水银压力计压差达到4mm一5mm高度时，立即关闭活塞A，此时吸附物蒸汽扩散到吸附剂被吸附，石英弹簧伸长，每隔5min读一次高度，直到弹簧不再伸长，即吸附达到平衡。同时测定水银压力计的压差(即为平衡压)，即可算出平衡吸附量。 8. 再开通活塞A，改变吸附物的蒸汽压，重复步骤7，又可测得另一个平衡点，如此重复操作,直到吸附物压力到达实验温度下的饱和蒸汽压为止，测试结束。 9. 降低系统内吸附物的蒸汽压(冰盐冷却)，开通各活塞孔的通路，使体系处于常压下，取出样品。 五．实