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物理化学拓展知识 BET法测定催化剂表面积

催化剂的表面积测定——BET法
对于气-固相催化反应,催化剂表面是其反应进行的场所。 一般而言,表面积越大,催化剂的活性越高。具有均匀表面的 少数催化剂表现出催化剂的活性与表面积成比例关系。
一般催化剂表面积是根据Brunauer-Emmett-Teller提出的 多层吸附理论及总结出的BET方程式进行测定和计算的。
பைடு நூலகம்
BET多分子层吸附定温式为:
p
1 C 1 p
V p* p VC VC p*
式中: V—T、p下质量为m的吸附剂吸附达平衡时,吸附气体的体积; V∝—T、p下质量为m的吸附剂盖满一层时,吸附气体的体积; p*—被吸附气体在温度T时成为液体时的饱和蒸气压; C—与吸附第一层气体的吸附热及该气体的液化热有关的常数。
BET多分子层吸附定温式为:
p
1 C 1 p
V p* p VC VC p*
对于在一定温度T 指定的吸附系统,C 和V∝皆为常数。
p
p
若以 V p * p 对 p * 作图得一条直线,其
斜率 C 1 VC
截距 1 VC
解得
V

截距
1
斜率
若已知每个分子所占的面积,则可算出固体的质量表面。
Am

V (STP) Vm (STP)m

L
式中: L——阿佛加德罗常量; m——吸附剂的质量; Vm(STP) ——STP下气体的摩尔体积(22.414×10-3 m3mol-1); V (STP)——质量为m的吸附剂在T,p下吸满一层时气体的体积, 并换算成STP下的体积;
σ——每个吸附分子所占的面积。
常用的吸附质是 N2,其截面积 σ=16.2×10-20 m2。
静态低温氮吸附容量法是经典的比表面积测定方法,试验
装置如图所示。其中量气管、各贮气球的体积及活塞A上至压力 计0点一段毛细管的体积是已知的,样品管中除了固体本身体积 以外的空间称为死空间,是每次实验待测的。
实验时,先将催化剂 加热脱气处理,再将冷却 的样品放入样品管中,对 系统进行抽真空。关闭活 塞A,打开活塞B,将吸附 气体导入各储气球,使量 气管汞面在最大球的下线, 压力计左臂汞面保持在0点, 平衡后关闭活塞B,测定 压力。打开活塞A进行吸 附。待平衡后从体积、温 度、压力变化可计算出吸 附量。将汞面逐次上升至 各球下线,可测得一组压 力对应的吸附量,代入 BET方程即可计算出样品 的表面积。
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