比表面積分析測試方法有多種,其中氣體吸附法因其測試原理的科學性,測試過程的可靠性,測試結果的一致性,在國內外各行各業中被廣泛采用,并逐漸取代了其它比表面積測試方法,成為公認的最權威測試方法。許多國際標準組織都已將氣體吸附法列為比表面積測試標準,如美國ASTM的D3037,國際ISO標準組織的ISO-9277。我國比表面積測試有許多行業標準,其中最具代表性的是國標GB/T 19587-2004 《氣體吸附BET法測定固體物質比表面積》。
氣體吸附法測定比表面積原理,是依據氣體在固體表面的吸附特性,在一定的壓力下,被測樣品顆粒(吸附劑)表面在超低溫下對氣體分子(吸附質)具有可逆物理吸附作用,并對應一定壓力存在確定的平衡吸附量。通過測定出該平衡吸附量,利用理論模型來等效求出被測樣品的比表面積。由于實際顆粒外表面的不規則性,嚴格來講,該方法測定的是吸附質分子所能到達的顆粒外表面和內部通孔總表面積之和,如圖所示意位置。
氮氣因其易獲得性和良好的可逆吸附特性,成為最常用的吸附質。通過這種方法測定的比表面積我們稱之為“等效”比表面積,所謂“等效”的概念是指:樣品的比表面積是通過其表面密排包覆(吸附)的氮氣分子數量和分子最大橫截面積來表征。實際測定出氮氣分子在樣品表面平衡飽和吸附量(V), 通過不同理論模型計算出單層飽和吸附量(Vm),進而得出分子個數,采用表面密排六方模型計算出氮氣分子等效最大橫截面積(Am),即可求出被測樣品的比表面積。計算公式如下:
sg: 被測樣品比表面積 (m2/g)
Vm: 標準狀態下氮氣分子單層飽和吸附量(ml)
Am: 氮分子等效最大橫截面積(密排六方理論值Am = 0.162 nm2)
W: 被測樣品質量(g)
N: 阿佛加德羅常數 (6.02x1023)
代入上述數據,得到氮吸附法計算比表面積的基本公式:
由上式可看出,準確測定樣品表面單層飽和吸附量Vm是比表面積測定的關鍵。
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