一種測定氣固表面吸附等溫線的方法
2023-10-09 15:52:39 2
一種測定氣固表面吸附等溫線的方法
【專利摘要】本發明涉及一種氣體在固體表面吸附等溫線的測定方法。採用將PVT法結合高精度氣體質譜分析的方法，測定吸附等溫線。採用PVT法獲得氣體吸附前的物質的量，通過高精度質譜獲得吸附前後氣相的精確組成，通過物料衡算獲得吸附量。與傳統的PVT方法相比，該方法的特點主要有預先配製混合氣體，採用高解析度質譜分析，單點測定的特點。本方法最大的優點在於能明顯減少實驗誤差，當氣體吸附能力較弱時，測試精度能提高約一個量級。
【專利說明】一種測定氣固表面吸附等溫線的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於材料分析【技術領域】，具體涉及一種氣體在固體材料表面吸附的等溫線 測定方法，用於氣體在某些材料表面吸附。
【背景技術】
[0002] 實驗研究中，往往需要測定一定溫度、壓力條件下的氣體在固體樣品表面上或體 相中的吸附等溫線。常用的方法是氣體靜態容量法（p-v-τ法），測試方法如下：在盛放樣 品的容器中放置準確稱量的經預處理的吸附劑樣品，先經抽真空脫氣，再使整個系統達到 所需的真空度，然後將盛放樣品的容器中控制在一定的溫度，並通過一個確定體積的容器 (標準罐）向盛放樣品的容器充入已知量氣體，吸附劑吸附氣體會引起壓力下降，待達到吸 附平衡後測定氣體的平衡壓力，並根據吸附前後體系壓力變化可計算吸附量。逐次向系統 增加標準罐壓力，重複上述操作，計算得到不同的平衡壓力下的吸附量值。樣品對氣體的 相對吸附量較大時，採用靜態容量法測定吸附量無疑是一個快捷、準確的方法。當某些氣 體在材料表面吸附能力較弱時，常採用減少實驗容器體積和增加樣品量的方法減少實驗誤 差。涉及到某些劇毒、強放射性、貴重或稀缺等材料時，考慮到成本和安全因素，增加實驗樣 品量的方法往往不易或不能實現，實驗容器的體積也不能無限減少。在此情況下，溫度、壓 力、體積測定的誤差導致最終的計算得到實驗誤差可高達100%以上。為減少實驗誤差，本 發明提出了一種新的測定方法。
【發明內容】
[0003] 1測試原理
[0004] 該方法的基本原理是在待測的氣體中預先混入對固體樣品惰性（不吸附）的氣 體，通過Ρ-ν-Τ測定初始混合氣體的物質的量n，通過高解析度質譜儀分析吸附前後氣相成 分，最後通過物料衡算獲得吸附量。單次吸附後，再次熱除氣以進行下一次吸附量。將不同 吸附量對應的壓力作圖，最終獲得吸附等溫線。
[0005] 等溫線測定的實驗裝置原理如附圖1所示。
[0006] 在壓力不太高的條件下，採用理想氣體狀態方程計算吸附前的混合氣體的物質的 量，吸附量（mol)的計算公式如下：
[0007]
【權利要求】
1. 一種測定氣固表面吸附等溫線的方法，其特徵在於： 在待測的氣體中預先混入對固體樣品惰性的氣體，通過P-V-T測定初始混合氣體的物 質的量n，通過高解析度質譜儀分析吸附前後氣相成分，最後通過物料衡算獲得吸附量；單 次吸附後，再次熱除氣以進行下一次吸附量；將不同吸附量對應的壓力作圖，最終獲得吸附 等溫線。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：惰性氣體的選擇有兩個原則：一是與待測 氣體的分子量相差越大越好，另一個是配比儘量接近1 : 1。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於：在壓力不太高的條件下，採用理想氣 體狀態方程計算吸附前的混合氣體的物質的量，吸附量（mol)的計算公式如下： p .V .. q = -~L(.v1 --..V,) (1) R-T 1 - 式中，Pi為標準罐內吸附前的壓力（Pa)，ViS標準罐的體積（m3)，R為阿伏伽德羅常數 (JlTmor1)，T為測試溫度（K)，Xl和x2分別為吸附前和平衡後氣相中待測氣體的摩爾百分 含量。
4. 一種測定氣固表面吸附等溫線的方法，其特徵在於： (1) .混合氣體配製；選擇對Ce02及C0惰性的氣體He ;將C0和He按1 : 1配製成混 合氣體並預先充一個密封容器中暫存； (2) .將混合平衡後的氣體取樣作質譜分析，獲得精確的組成； (3) .樣品準備；準確稱量粉末Ce02 1 0 . 000克，通過吸附儀獲得樣品比表面積，小心裝 入專用的樣品容器，並將容器接入測試系統； (4) .真空熱除氣；樣品除氣溫度設定為650°C，時間為3小時；熱除氣結束後，關閉容 器閥門並將樣品容器放入恆溫水浴槽（或恆溫裝置），平衡一段時間以便讓實驗容器內的 樣品溫度達到設定的測試溫度； (5) .氣體吸附準備；對測試系統管路抽空後，關閉取樣瓶閥門；向標準罐內充入一定 壓力的混合氣體並關閉標準罐閥門和充氣系統的閥門； (6) .吸附；關閉抽空閥門並打開標準罐閥門和實驗容器閥門，此時固體樣品開始吸附 待測氣體；待吸附平衡後，記錄吸附平衡壓力；隨後打開取樣品閥門，對管道內的氣體進行 質譜取樣並進行分析成分；通過公式（1)計算對應平衡壓力下的吸附量； p .V .. q =」~L(.x：1 - X,) (1) R-T 1 - 式中，Pi為標準罐內吸附前的壓力（Pa)，％*標準罐的體積（m3)，R為阿伏伽德羅常數 (JlTmor1)，T為測試溫度（K)，Xl和x2分別為吸附前和平衡後氣相中待測氣體的摩爾百分 含量； (7) .重複測試；再次對樣品進行熱除氣，重複上述步驟，以獲得更高平衡壓力下的吸 附量；將不同吸附量對應的平衡壓力作圖，獲得某溫度下的吸附等溫線。
【文檔編號】G01N30/06GK104267133SQ201410442630
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】雷強華 申請人:中國工程物理研究院材料研究所