GBT 19587-2004 气体吸附BET法测定固态物质比表面积.pdf

I C S 1 9.1 2 0H 1 6遏日中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4气体吸附 B E T法测定固态物质比表面积D e t e r m i n a t i o n o f t h e s p e c i f i c s u r f a c e a r e a o f s o l i d s b y g a s a d s o r p t i o n u s i n g t h e B E T me t h o d(I S O 9 2 7 7:1 9 9 5，NE Q)2 0 0 4-0 9-2 9发布2 0 0 5-0 4-0 1 实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4月U吕本标准非等效采用 I S O 9 2 7 7:1 9 9 5 气体吸附B E T法测定固态物质的比表面本标准相对于 I S O 9 2 7 7:1 9 9 5主要增加、减少、修改的内容如下:增加的内容:测 量范围覆盖 了纳米粉末;增加了3.1 节中的平衡吸附压力、饱和蒸气压力、相对压力、吸附量、分子横断面积、单层量六 条术 语;-5.2节辅助设备中增加了天平、杜瓦瓶、盛样器、蒸气压力温度计;-8.5节中增加了粒度和比表面积的转换公式。减少的 内容:国际标准中的图 1、图 3 和图 4中的控制仪器部分、图 5 和图6中的吸附等温线被取消;国际标准中的附录 A和附录 B被取消;修改的内容:第 8 章中具体给出了容量法中的死空间因子、色谱法中的相对压力、以及 3 种测量方法的吸附 量的计算公式，而国际标准中只说“应用普通的气体状态方程来确定”。本 标准 由中国有色金 属工业协会提 出。本标准由全国有色金属标准化技术委员会(T C 2 4 3/S C 4)归口。本标准由钢铁研究总院负责起草。本标准主要起草人:魏芸、李忠全、汪俊琴、张宪铭。GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4气体吸附B E T法测定固态物质比表面积1范围 本标准规定了气体吸附B E T原理测定固态物质比表面积的方法 本标准适用于粉末及多孔材料(包括纳米粉末及纳米级的多孔材料)比表面积的测定。测定范围0.0 0 1 m1/g-1 0 0 0 M,/g2规范性 引用 文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注 日 期的引用文件，其最新版本适用于本标准 G B/T 5 3 1 4 粉末冶金用粉末的取样方法术语与符号3.1 术语3.1.1 吸附 a d s o r p t i o n 吸附气体在固态物质表面上的富集。3.1.2 物理吸附 p h y s i s o r p t i o n 吸附质与吸附剂间以弱键的方式结合起来，稍加改变压力或温度，过程即可逆转。3.1.3 吸附气体 a d s o r p t i v e 被吸附的测量气体3.1.4 吸附荆a d s o r b e n t 吸附测量气体的固态物质。3.1.5 吸 附质a d s o r b a t e 吸附剂表面上富集的吸附气体3.1.6 平衡吸附 压力 e q u i l i b r i u m a d s o r p t i o n p r e s s u r e 与吸附质达到平衡时气体的压力3.1.7 饱和蒸 气压力 s a t u r a t i o n v a p o u r p r e s s u r e 在吸附温度下完全液化了吸附质的蒸气压力。3.1.8 相对压j 7 r e l a t i v e p r e s s u r e 平衡吸附压力与饱和蒸气压力的比值。3.1.9 吸附f a d s o r p t io n a mo u n t 在平衡吸附压力下，吸附剂吸附气体的量GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 43.1.1 0 吸附等温线a d s o r p t io n i s o t h e r m 在恒温下，吸附的气体量对平衡压力或相对压力作图所得到的曲线。3.1.1 1 分子横断面积m o le c u l a r c r e s s-s e c t i o n a l a r e a 完全单层吸附时，吸附分子所占有的面积3.1.1 2 单层f mo n o l a y e r a mo u n t 在吸附剂表面形成单层的吸附质的量3.1.1 3 比表面积 s p e c i f i c s u r f a c e a r e a 单位质量(或单位体积)固态物质的表面积。3.2符 号 本标准使用符号见表 1,表 1符号说明单位AB E T图斜率c m 一 3Ae脱 附 峰 面积c mZA标 准 峰 面 积c mBB E T图截距c m一 3CB E T 常 数d,粉末的平均粒径n n 1刀 2试 样 质 量B刀又 t处于真空状态下试样瓶的质量B刀了 2处于平衡压力下试样瓶的质量8刀翻 J处于真空状态下试样瓶和试样的质量B刀盆 毛处于平衡压力下试样瓶和试样的质量gN阿佛加德罗常数，6.0 2 2 X 1 0 P平衡吸附压力Pa尸 A大 气 压 力P a尸充人量管中氦气的压力P aP量管中氦气向样品泡膨胀后的压力P a尸充入量管中吸附质气体的压力P a尸。饱和蒸气压力P a尸/P(,相 对 压 力R载气(如氦气)流量mL/m i nR吸附质气体流量mL/mi nR混 合 气 总 流 量mL/mi nS总 表 面 积m 2GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4表 1(续)符号说明单位s体积比表面积m/c m s a,质量比表面积m,/gt实验时环境温度V吸附体积(标准态)c m 从充人量管中吸附气体体积(标准态)c m V,量 管 体 积c mV m单层吸附体积(标准态)c m3V r吸附平衡后量管和样品泡中剩余的吸附质气体体积(标准态)c m V.体积管中充人吸附质气体体积(标准态)c m 认标准体积管体积c m V a1 摩尔吸附质的体积(标准态),2 2.4 1 4c m3P样 品 材 料 的有 效 密 度g/c m P o气体的密度(标准态)g/-0吸附质分子横断面积c m 0死体积校正因子c m/P a嵘.,由多点测量导出的单层吸附体积c m V,p由单点测量导出的单层吸附体积c m己4原理 放到气体体系中的样品，其物质表面(颗粒外部和内部通孔的表面积，见图1)在低温下将发生物理吸附。当吸附达到平衡时，测量平衡吸附压力和吸附的气体量，根据 B E T方程式(1)求出试样单分子层吸附量，从而计算出试样的比表面积。护戈、怡弓图 1 用虚线表示吸附法所测定的颗粒表面积尸/尸V(1 一 P/P。)P/PO C 一 1。，。.1=一 哥 下 一 兀 二 入 厂/厂。十;下-花 只 V-L Vm七(1)。，、，P/Po、，、，C-1、1、。、。，。、，、，。、，。.士一一，3 r/ro刀入，认 布 下 一 一 下 子 不 于刀 r，石奋刀 八 巧 弃 万 刀。，便 仔 于 U 一 余 水卜 华 刀 乃 谁 戈 1吧 刀。m i 9;r c n t V 戈 1 一f/f o夕V m 七甲 m、3GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4Y=A XE B，作图如图 2 所示aa 图 2 B ET图 图 2 在相对压力 P/P。为。.0 5-0.3 0 范围内通常是线性的，而两个端点有时会偏离直线，计算时偏离的点应舍掉。通过一系列相对压力 P/P。和吸附气体量V的测量，由B E T图或最小二乘法求出斜率A和截距B值。并导出单层容量和 B E T参数C-C值表示了吸附剂和吸附质之间的相互作用力，但不能用作定量计算吸附热。采用氮吸附气体时，截距相对斜率而言，往往是比较小的，C值1.质量比表面积S，和体积比表面积5 二可通过单层容量和每个分子在一个完整的单层上所占有的平均面积求 出:V。A+B(2)(3)+A一BV.,Q 八 r V(4)通常认为氮气是最适宜的吸附气体。对于低比表面积的样品，采用氮气测量时，仪器的灵敏度不够，此时可采用较重分子或蒸气压比氮气低的吸附气体，例如氢气。用不同吸附气体测量所得结果，由于不同分子横断面积、不同的可及孔和不同的测量温度，彼此会有偏离。为了实现测量结果的重复性，重新取样进行多次测量，并报出标准偏差的平均值。采用氮吸附气体时，其分子横断面积在 7 7 K温度下为。.1 6 2 n m 2，则可按(5)式求出固态物质的比表面积 5，一4.3 5 V,.一.(5)Sv=S w p通常可采纳的氢气和氢气的分子横断面积为:a)7 7 K的氢气，0.1 6 6 n m-;b)7 7 K的氦气，0.2 0 2 n m2。(6)5仪器和材料5.1 主要仪器 本标准给出了3 种方法所用仪器原理示意图。凡是根据 B E T原理制作的，能得到正确比表面积的任何仪器均可以采用。5.1.1 容皿法 容量法 测量仪器原理示 意图见图 3 0G B/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4 1 一样品;z-盛有液氮的杜瓦瓶;3 一真空系统;a一 一 压力计;5 气体量管。图 3 容f法比表面积测定仪5.1.2重f法 重量法测量仪器原理示意图见图 4。通常采用弹簧天平或电子天平来称量被吸附物的重量。1 样 品;2一 盛有液氮的杜瓦瓶;3 一 一 真空系统;4 压力计;5 天平。图 4 重f法比表面积测定仪5.1.3 气相色谱法 气相色谱法测量仪原理示意图见图 5。仪器主要由气路系统和热导池鉴定器组成。1一 样品;2 盛有液氮的杜瓦瓶;3-一 热导池鉴定器;4 气体混合器.图5 气相色谱法比表面积测定仪G B/T 1 9 5 8 7-2 0 0 45.2 辅助设备5.2.1 天 平 感量为。.1 M g.5.2.2 杜 瓦瓶 各种尺寸的杜瓦瓶和液氮(或液氧)的储存设备。5.2.3 盛样 器 容量法的盛样器是样品装在玻璃泡内，内装一芯子，以减少样品管的死体积和防止抽空时试样溅出。典型的盛样器如图6(a)所示。重量法的盛样器是用一个带有吊篮式试样瓶盛装样品，典型的盛样器如图6(6)o 气相色谱法的盛样器是用 U形玻璃管盛装样品，典型的盛样器如图6(c)所示。自回(b)重量法用感样器(c)气相色谱法用盛样器图 6盛样器5.2.4 蒸气压力温度计，用以测量液体氮或液体氧的饱和蒸气压力和温度。一个典型的压力温度计如图 7 所示。U形管内实体部分装人汞液体，其他自由空间可充人氮气或氧气心 图 7 蒸气压力温度计5.3材料5.3.1 吸附气体(如氮气、氢气或氢气)，其纯度不小于 9 9.9 9%，其温度在测量过程中要保待稳定。5.3.2 载气(如氦气或氢气)，其纯度不小于 9 9.9 95.3.3 液体氮或液体氧，应有一定的纯度，使吸附气体的饱和蒸气压力在测量过程中保持稳定。6取 样取样按 GB/T 5 3 1 4的规定进行7试验 步骤7.1 脱气 在测量之前，必须对试样进行脱气处理，对于纳米级固态物质尤为重要。通过脱气除去试样表面物理吸附的物质，但要避免表面之不可逆的变化。一般情况下.试样脱气的条件主要受加热温度、加热时间和真空度的影响。脱气的最佳温度可以通过热重分析或使用不同的脱气温度和时间的尝试法来确GB/T 1 9 5 8 7-2 0 0 4定。当在真空条件下脱气时，真空度大约达到 1 P a 或更好时即可当盛样器内气体的压力和组成、样品质量达到稳定时，脱气完成。脱气后，盛样器冷却至测量温度。见图8和图 9。T,-温度太低，需长时间脱气;T z 最佳温度;几-一 温度太高，因样品分解有气体逸出。图 B样品热重分析 曲线几一几 c.c 尸，脱气完全，密封好;尸 2 脱气不完全;尸 一 漏气;关闭抽气管的时间。图9 脱气的压力曲线7.2测f7.2.1 容f法 在非连续式容