比表面积测试方法有两个分类标准。 首先,根据测定试样吸附气体量的方法不同,可分为:连续流法、体积法和重量法(重量法现在很少使用);另一种是根据理论方法的不同计算比表面积,可分为:直接比较法比表面积分析测定法、朗缪尔比表面积测定法和比表面积测定法分析测定法。 同时,这两个分类标准有一定的关系,直接比较法只能用连续流法来确定吸附气体的量,而BET法可以同时使用连续流法和体积法来确定吸附气体的量。
连续流动法。
与静态法相比,整个试验过程在常压下进行,吸附剂在连续流动状态下吸附。 连续流法是在气相色谱原理的基础上发展起来的,热导检测器确定样品吸附的气体量。 连续动态氮气吸附是以氮气为吸附气体,氦气或氢气为载气,将两种气体按一定比例混合,使氮气达到规定的相对压力,流过样品颗粒表面。 当样品管置于液氮环境中时,粉状材料物理吸附混合物中的氮气,而载气不会被吸附,导致混合物气体成分比例发生变化,导致热导系数发生变化,然后可以从热导检测器检测到信号电压, 即出现吸附峰。吸附饱和后,将样品带回室温,将吸附的氮气解吸,形成与吸附峰相反的解吸峰。 吸附峰或解吸峰的面积大小与样品表面吸附的氮量成正比,峰面积所代表的氮量可以通过量化气体来校准。 通过测量样品在一系列氮分压p p0下吸附的氮量,可以绘制氮气等温吸附或解吸曲线,然后计算出比表面积。 解吸峰通常用于计算比表面积。
特点:连续流法操作简单,具有较强的消除系统误差的能力,并具有使用直接比较法和BET法计算比表面积理论的能力。
容量方法。 在体积法中,样品中吸附的气体量是使用气态方程确定的。 通过预抽真空将一定量的吸附气体引入密闭系统,通过测量样品吸附和解吸引起的密闭系统中气体压力的变化来计算吸附气体摩尔数的变化,并利用气态方程p*v t=nr换算吸附气体的摩尔变化。
直接对比法。
采用直接对比法通过连续流法测定吸附气体的量,测定过程中选择标准样品(比表面积校准严格的稳定物质)。 它与被测样品完全相同的测试气路并联,通过与被测样品的吸附分别进行吸附,并确定解吸峰。 在相同的吸附和解吸条件下,被测样品和标准样品的比表面积与其峰面积大小成正比。 计算公式如下:
sx:被测样品的比表面积 s0:标准样品的比表面积,
AX:被测样品的解吸峰面积 A0:标准样品的解吸峰面积
wx:待测样品的质量 w0:标准样品质量
优点:无需实际校准吸附氮体积和进行复杂的理论计算即可获得比表面积测试操作简单,测试速度快,效率高。
缺点:当标准样品和被测样品的表面吸附特性相差很大时,如吸附层数不同,测试结果的误差会很大。
直接比较法只适用于吸附特性与标准样品相近的样品测量,BET法的比表面积测定由于BET方法具有更可靠的理论基础,因此在国内外得到更广泛的认可。
BET比表面积测定。
贝特理论的计算基于布鲁诺尔、埃米特和泰勒从经典统计理论中推导出的多层吸附公式,这就是著名的贝特方程:
p:吸附剂分压 P0:吸附剂的饱和蒸气压
v:样品的实际吸附量vm:单层的饱和吸附量
c:与样品吸附能力相关的常数
从上式可以看出,BET方程建立了单层饱和吸附容量vm与多层吸附容量v之间的定量关系,为比表面积的确定提供了良好的理论依据。
BET方程基于多层吸附理论,更接近许多物质的实际吸附过程,因此测试结果更可靠。 在实际测试过程中,通常测量3-5组被测样品在不同气体分压下多层吸附V,以p p0为x轴和y轴,采用BET方程进行线性拟合,得到直线的斜率和截距,从而得到vm值,计算被测样品的比表面积。 理论和实践表明,当 p p0 取 0 的点时05-0.在35的范围内,赌注方程与实际吸附过程一致,图形线性度也很好,因此在实际测试过程中,点选择需要在这个范围内。 由于选择了 3-5 组 p p0 进行测定,因此我们通常称它们为多点赌注。 当被测样品的吸附能力很强时,即当c值很大时,直线的截距接近于零,可以近似地认为直线穿过原点,此时只能测量一组p p0数据并连接到原点,以找到比表面积, 我们称之为单点投注。 与多点投注相比,单点投注的结果会有较大的误差。
如果采用流量法进行BET测定,测量系统需要有一个能够精确调节气体分压p p0的装置,以实现不同p p0处吸附容量的测定。 对于每个点P P0,bet的解吸和解吸过程与直接比较法相似,只是bet法需要校准样品实际吸附气体量的体积,而直接比较法则不需要。
特点:理论更接近物质的实际吸附过程,可测量样品范围广,检测结果准确率和可信度高,特别适用于科研和生产单位。