色谱法测催化剂比表面积实验报告 天津大学.docxVIP

 PAGE \* MERGEFORMAT 9 一、实验目的 1.了解气体质量流量计的工作原理，并掌握气体流量的测试方法。 2.了解气体六通阀的原理，了解气体自动进样分析的管路连接方式，掌握色谱工作站使用方法。 3.掌握用流动吸附色谱法测定催化剂比表面积的方法。 4.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 催化剂的表面积是其重要的物性之一。表面积的大小直接影响催化剂的效能。因此在催化剂研究、制造和应用的过程中，测定催化剂的表面积是十分重要的。 固体催化剂表面积的测定方法较多。经典的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的到了广泛应用。 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： 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： 式中：P—氮气分压，Pa； P0—吸附温度下液氮的饱和蒸气压，Pa； Vm—待测样品表面形成单分子层所需要的N2体积，ml； V—待测样品所吸附气体的总体积，ml； C—与吸附有关的常数。 其中 V=标定气体体积×待测样品峰面积／标定气体峰面积 标定气体体积需经过温度和压力的校正转换成标准状况下的体积。以P/[V（P0-P）]对P/P0作图，可得一条直线，其斜率为（C-1）/（VmC），截距为1/（VmC），由此可得： Vm=1/（斜率+截距） （2） 若知每个被吸附分子的截面积，可求出催化剂的表面积，即 Sg=(VmNAAm)/(22400W) （3） 式中，Sg——催化剂的比表面积，m2/g； NA——阿弗加德罗常数； Am——被吸附气体分子的横截面积，其值为16.2×10-20m2； W——待测样品重量，g； BET 公式的使用范围P/P0=0.05～0.35，相对压力超过此范围可能发生毛细管凝聚现象。 三、实验流程 本实验采用3H-2000Ⅱ型氮吸附比表面仪用色谱法测定催化剂的比表面，见图1。 四、实验步骤 （1）样品管的制备样品管应用重铬酸钾与浓硫酸配制的洗液浸泡后用蒸馏水冲洗干净烘干备用。 （2）装样将待测样品在110℃下烘干、恒重等预处理后，装入样品管（装样量以体积为标准，约为装样管体积的1/3至1/2以不影响流速为准），称量准确至0.1mg。 （3）安装样品管将三个装有待测样品的样品管依次安装在从左至右的三个样品位上，第四个样品为标准气体通道，安装一空管即可。（样品管的两个端口各套两个o形密封圈，上圈至端口约5mm，为防止漏气，样品管夹套应尽量拧紧） （4）安装定量管将选择好的定量管准确测量长度后安装在定量管位上，插到位即可。定量管体积可根据待测样品比表面积的大小选择合适的体积，定量管单位长度体积为4.5322ml/m。标定气体体积为定量管体积与六通阀死体积之和，即4.5322乘以定量管长度与死体积长度之和。 （以上步骤由老师实验前做好） 图1 色谱法测定催化剂比表面积流程图 1－N2钢瓶；2－减压阀；3－稳压阀；4－转子流量计；5－质量流量计；6－混合器；7－恒温管；8－热导池；9－分配器；10－定量管；11－六通阀；12, 13, 14, 15－样品管；16－分配器；17－恒温管；18－皂膜流量计；19－质量流量计；20－稳压阀；21－氢气发生器。 （5）打开氢气发生器电源，待发生器工作稳定后，调节氢气质量流量计流量为90~99ml/min左右，实际调节为95.3ml/min左右。等待10min左右使其流量稳定后，再次用皂膜流量计测量，并在整个实验过程中保持载气流速不变，将六通阀置于“测量位”。 （6）打开N2钢瓶的阀，再打开减压阀。调节N2质量流量计流量为8ml/m