气体吸附BET法测量固体物质的比表面积

一、实验目的

1.了解BET吸附理论的基本原理

2.利用氮气吸附BET法测定粉末或多孔材料的比表面积

3.通过测定固体物质的比表面掌握比表面测定仪的基本构造及操作

二、实验目的

比表面是指单位质量(或单位体积)的物质所具有的表面积，其数值与分散粒子大小有关。 BET法测定比表面是以氮气为吸附质，以氦气或氢气作载气，两种气体按一定比例混合，达到指定的相对压力，然后流过固体物质。当样品管放入液氮保温时，样品即对混合气体中的氮气发生物理吸附，而载气则不被吸附。这时屏幕上即出现吸附峰。当液氮被取走使，样品管重新处于室温，吸附氮气就脱附出来，在屏幕上出现脱附峰。最后在混合气中注入已知的纯氮，得到一个校正峰。根据校正峰和脱附峰的峰面积，即可算出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，从而可根据BET公式计算比表面积。BET公式：

p/v(p_s-p)=1/v_mc+(c-1)/v_mc×p/p_s

式中， V—是平衡压力为P时的吸附量； P₀—为实验室温度时的气体饱和蒸汽压；V_m—是第一层盖满时的吸附量 ； C为常数；p/p_s—比压，约在0.05和0.35之间。

BET色谱法是建立在BET多分子层吸附理论上的一种测定多孔物质比表面的方式。它只通过一次实验就可以得到吸附质的比表面积。本实验采用氢气作载气，氮气作吸附质，活性碳作吸附剂。一定流速的载气和氮气经混合器混合后通过样品管，在室温下氢气和氮气不被活性碳吸附，记录基线为一条直线。当样品管中放入液氮中，氮气在它的沸点附近发生物理吸附作用，而氢气不被吸附，此时电脑上会出现一个氮气的吸收峰，取走液氮后，被吸附的氮气就从活性碳中脱附出来，这样电脑上就会出现一个脱附峰。由电脑自己记录和分析数据，得到样品的表面积。

三、实验设备

氮气钢瓶、氢气钢瓶、比表面测定仪，液氮,高纯氮,氢气。皂膜流量计，保温杯。

四、实验步骤

1.样品处理

（1）样品管称量

装样前首先称量样品管质量，注意检查样品管是否干净，是否损坏。

（2） 装样品

用配套的漏斗装样品，样品必须装入样品管底部的粗管中。如果样品颗粒较大，可以不用漏斗，不可将样品粘在样品管两端细管的管壁上，否则对吸附有影响。称量样品的质量根据实际比表面积确定，大比表面积称少量，小比表面积可尽量多称，但样品的体积不能超过样品管容积的2/3。

（3）样品烘干

温度要求：一般样品最低烘干温度为105度，这时样品中的水分子才能沸腾。如果不能确定烘干温度，可根据样品的耐温程度确定，测比表面积一般在150度左右。

真空度要求：测比表面积一般不用抽真空，孔多时，建议抽真空；测量孔径分布时，都要抽真空。样品处理不能用鼓风干燥箱鼓风。

处理时间： 3小时左右，可根据实际调节。

（4）样品称量

样品烘干后从烘箱中取出迅速移入干燥器中冷却至常温，然后再称量样品和管的总质量，最后计算出样品的实际质量，即 样品质量＝样品和样品管总质量—样品管质量（单位：毫克）

2.测试前准备

（1）安装样品管

将处理好的样品装入测试仪器，注意样品管接头是金属材质，不要将管子磕破。

注意：4路中不测的一路必须接一样品管；

（2）通气

主机通电前首先通气，将两路气体压力分别调节在0.16MPa，通气时间最少5分钟，仪器长期不用则通气时间长一些，以免热导池损坏。

（3）热导池预热

通气一段时间后，再调节气压值至0.16MPa（开始气压会有所下降，须多次调节），点击“热导池预热”，系统自动调节流量到一定值，热导池通电预热，预热需要30分钟左右。

3. 实验参数设置

热导池预热过程中可以进行实验参数设置，点击“实验设置”（图1），出现一个参数设置界面，以下对BET测试方法参数设置进行详细介绍。

图1为BET测试参数设置界面，BET测试P/P₀在0.05—0.35之间选3—5个点，软件中已经在此范围平均选了7个点，只需在要测的点前打勾即可，BET法测试最少选3个点。若选一个点或两个点，得出的结果只是单点BET结果。定量管体积已经提前效准，不能改动，自己也可以用标准样品重新校准。测炭黑比表面积时，如果还要测其外比表面积，须在炭黑前打勾，否则没有所要的数据。不测的一路除接一空管外，在实验设置中必须将该路样品质量写为“0”。

注意：多点BET测试最少选3个点，单点BET只需选一个点（0.20或0.25点）；

   软件中的样品名称和质量设置要与测试管路中被测样品一一对应；

   不测的一路必须装一空样品管，参数设置中对应的这一路样品质量写为是“0”

4. 样品测试

先观察气压表是否显示在0.16MPa，试验设置是否准确无误，点击“开始测试”。系统自动进行一次复位操作，检查一切是否正常，然后系统提示是否进行实验，点“是”则自动调节流量开始测试。

测试过程中，软件设置内容无法改动，设置图标显灰色，如果中间要停止实验，先点击“结束实验”，待程序结束后，此时设置图标变亮，再关闭软件窗口，程序未结束时不可强制关闭窗口，以免数据丢失。测试过程中，可以通过改变图5坐标轴大小调整曲线的显示比例。

注意：整个测试过程中气压即使有稍微的波动也不可调节；

   不可强制关闭程序；

实验结束后，先关掉主机电源，过几分钟再关闭气源 

5. 数据分析

图2是BET测试脱附曲线，左一是定量管脱附曲线，其余从左往右依次是第一路到第四路样品的脱附峰。根据实际情况可以对得到的数据进行筛选，通过改变坐标轴范围来调节曲线的显示比例，以此来观察样品的脱吸附情况。

通过观察BET曲线的线性拟合度判断每个P/P0点的测试情况，可以将离曲线远的点去掉，以达到更好的拟合。点击图3中的“实验设置”，在图4中是否计算下选择要参与计算的数据，双击“是”（否）就会变成“否”（是），选择之后点“确定”，然后点击图7中的“重新计算”，软件就会自动计算得出结果。

6. 数据保存

实验过程中，开始测完一个P/P₀点，软件会根据填写的参数信息自动建立一个文档并且保存数据，默认在文件安装目录下，保存目录也可以自己设置，每测完一个点，软件会自动保存一次，不会因为偶然性错误引起数据丢失。一次实验结束后关闭窗口时，软件会提示是否保存数据，点击“是”。

五、实验报告要求

完成实验后，处理数据，撰写实验报告

六、思考题

在实验中为什么控制p/p₀在0.05~0.35之间？

粉体的比表面积与粉体性能的关系。