什么是比表面？
更新時(shí)間：2011-05-09 點(diǎn)擊次數(shù)：2585
什么是比表面？ |
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| 點(diǎn)擊次數(shù)：2 發(fā)布時(shí)間：2011-5-9 14:35:15 |
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| 比表面是比表面積的簡(jiǎn)稱(chēng)。根據(jù)實(shí)際需要，比表面積分為內(nèi)比表面積、外比表面積、和總比表面積；通常未注明情況下粉體的比表面積是指單位質(zhì)量粉體顆粒外部表面積和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的表面積之和，單位m2/g。 比表面是比表面積的簡(jiǎn)稱(chēng)。比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積。分外表面積、內(nèi)表面積兩類(lèi)。單位為米2/克。理想的非孔性物料只具有外表面積，如硅酸鹽水泥、一些粘土礦物粉粒等；有孔和多孔物料具有外表面積和內(nèi)表面積，如石棉纖維、巖（礦）棉、硅藻土等。測(cè)定方法有容積吸附法、重量吸附法、流動(dòng)吸附法、透氣法、氣體附著法等。比表面積是評(píng)價(jià)催化劑、吸附劑及其他多孔物質(zhì)如石棉、礦棉、硅藻土及粘土類(lèi)礦物工業(yè)利用的重要指標(biāo)之一。石棉比表面積的大小，對(duì)它的熱學(xué)性質(zhì)、吸附能力、化學(xué)穩(wěn)定性、開(kāi)棉程度等均有明顯的影響。 分析測(cè)試方法 比表面積測(cè)定分析有的比表面積測(cè)試儀，國(guó)內(nèi)比較成熟的是動(dòng)態(tài)氮吸附法，07年后，國(guó)內(nèi)靜態(tài)法比表面積及孔徑分析儀也迅速發(fā)展起來(lái)。 比表面積檢測(cè)其實(shí)是比較耗費(fèi)時(shí)間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測(cè)試可能需要耗費(fèi)一整天的時(shí)間，如果測(cè)試過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)*自動(dòng)化，那測(cè)試人員就時(shí)刻都不能離開(kāi)，并且要高度集中，觀察儀表盤(pán)，操控旋鈕，稍不留神就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程的失敗，這會(huì)浪費(fèi)測(cè)試人員很多的寶貴時(shí)間。 比表面測(cè)試方法根據(jù)測(cè)試思路不同分為吸附法、透氣法和其它方法，透氣法是將待測(cè)粉體填裝在透氣管內(nèi)震實(shí)到一定堆積密度，根據(jù)透氣速率不同來(lái)確定粉體比表面積大小，比表面測(cè)試范圍和精度都很有限；其它比表面積測(cè)試方法有粒度估算法、顯微鏡觀測(cè)估算法，已很少使用；其中吸附法比較常用且精度相對(duì)其它方法較高； 吸附法的思路就是讓一種吸附質(zhì)分子吸附在待測(cè)粉末樣品（吸附劑）表面，根據(jù)吸附量的多少來(lái)評(píng)價(jià)待測(cè)粉末樣品的比表面大小。根據(jù)吸附質(zhì)的不同，吸附法分為低溫氮吸附法、吸碘法、吸汞法和吸附其它分子方法；較早使用的是后面吸碘法、吸汞法等幾種方法，這幾種方法在不同行業(yè)內(nèi)被使用了較長(zhǎng)時(shí)間；但由于吸碘法中使用的碘分子直徑很大，不能進(jìn)入許多小孔，測(cè)得的比表面積不*，另外碘分子活性較高，對(duì)不少粉體不能適用，局限較大；吸汞法又叫壓汞法，使用的吸附質(zhì)--汞有毒，很少使用了，在此不詳述了。吸附其它氣體分子的方法使用也極少。使用zui廣的為以氮分子作為吸附質(zhì)的氮吸附法；氮吸附法由于需要在液氮溫度下進(jìn)行吸附，又叫低溫氮吸附法，這種方法中使用的吸附質(zhì)--氮分子性質(zhì)穩(wěn)定、分子直徑小、安全無(wú)毒、來(lái)源廣泛，是理想的且是目前主要的吸附法比表面測(cè)試吸附質(zhì)?！? 氮吸附法根據(jù)吸附過(guò)程和吸附質(zhì)確定方式的不同又分為動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)法?！? 動(dòng)態(tài)色譜法是將待測(cè)粉體樣品裝在U型的樣品管內(nèi)，使含有一定比例吸附質(zhì)的混合氣體流過(guò)樣品，根據(jù)吸附前后氣體濃度變化來(lái)確定被測(cè)樣品對(duì)吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量；靜態(tài)法根據(jù)確定吸附吸附量方法的不同分為重量法和容量法；重量法是根據(jù)吸附前后樣品重量變化來(lái)確定被測(cè)樣品對(duì)吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量，由于分辨率低、準(zhǔn)確度差、對(duì)設(shè)備要求很高等缺陷已很少使用；容量法是將待測(cè)粉體樣品裝在一定體積的一段封閉的試管狀樣品管內(nèi)，向樣品管內(nèi)注入一定壓力的吸附質(zhì)氣體，根據(jù)吸附前后的壓力或重量變化來(lái)確定被測(cè)樣品對(duì)吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量； 動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)法的目的都是確定吸附質(zhì)氣體的吸附量。吸附質(zhì)氣體的吸附量確定后，就可以由該吸附質(zhì)分子的吸附量來(lái)計(jì)算待測(cè)粉體的比表面了?！? 由吸附量來(lái)計(jì)算比表面的理論很多，如朗格繆爾吸附理論、BET吸附理論、統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法吸附理論等。其中BET理論在比表面計(jì)算方面在大多數(shù)情況下與實(shí)際值吻合較好，被比較廣泛的應(yīng)用于比表面測(cè)試，通過(guò)BET理論計(jì)算得到的比表面又叫BET比表面。統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法主要用于計(jì)算外比表面； 動(dòng)態(tài)色譜法儀器中有種常用的原理有固體標(biāo)樣參比法和BET多點(diǎn)法； 固體標(biāo)樣參比法也叫直接對(duì)比法，國(guó)外此種方法的儀器叫做直讀比表面儀。該方法測(cè)試的原理是用已知比表面的標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參照，來(lái)確定未知待測(cè)樣品相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸附量，從而通過(guò)比例運(yùn)算求得待測(cè)樣品比表面積。以使用氮吸附BET比表面標(biāo)準(zhǔn)樣品為例，該方法的依據(jù)是有2個(gè)：一、BET理論的假設(shè)之一在吸附一層之后的吸附過(guò)程中的能量變化相當(dāng)于吸附質(zhì)分子液化熱，也就是和粉體本身無(wú)關(guān)；二、在相同氮?dú)夥謮海?%-30%）、相同液氮溫度條件下，吸附層厚度一致；這就是以此種簡(jiǎn)單的方法所得出的比表面值與BET多點(diǎn)法得到的值一致性較好的原因； BET多點(diǎn)法為國(guó)標(biāo)比表面測(cè)試方法，其原理是求出不同分壓下待測(cè)樣品對(duì)氮?dú)獾奈搅?，通過(guò)BET理論計(jì)算出單層吸附量，從而求出比表面積；其理論認(rèn)可度相對(duì)固體標(biāo)樣參比法高，但實(shí)際使用中，由于測(cè)試過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，使得測(cè)試結(jié)果重復(fù)性、穩(wěn)定性、測(cè)試效率相對(duì)固體標(biāo)樣參比法都不具有優(yōu)勢(shì)，這是也是固體標(biāo)樣參比法的重復(fù)性標(biāo)稱(chēng)值比BET多點(diǎn)法高的原因； 動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)容量法是目前常用的主要的比表面測(cè)試方法。兩種方法比較而言動(dòng)態(tài)色譜法比較適合測(cè)試比表面積，靜態(tài)容量法比較適合孔徑測(cè)試。雖然靜態(tài)法具有比表面測(cè)試和孔徑測(cè)試的功能，但靜態(tài)法由于樣品真空處理耗時(shí)較長(zhǎng)，吸附平衡過(guò)程較慢、易受外界環(huán)境影響等使得測(cè)試效率相對(duì)動(dòng)態(tài)色譜法低，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性也較動(dòng)態(tài)色譜低，所以j靜態(tài)法在比表面測(cè)試的效率、分辨率、穩(wěn)定性方面，相對(duì)動(dòng)態(tài)色譜并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)；但靜態(tài)法相對(duì)于動(dòng)態(tài)色譜法由于氮?dú)夥謮嚎梢院苋菀椎目刂频浇咏?，所以比較適合做孔徑分析。而動(dòng)態(tài)色譜法由于是通過(guò)濃度變化來(lái)測(cè)試吸附量，當(dāng)濃度為1時(shí)的情況下吸附前后將沒(méi)有濃度變化，使得孔徑測(cè)試受限。 特性 粉體材料越細(xì)，表面不光滑程度越高，其比表面積越大。由于納米材料細(xì)度很高，一般具有比較大的比表面積；吸附劑催化劑炭黑等材料的效能與比表面積關(guān)系密切，一定效能需要一定范圍的比表面要求；但并不是比表面積越大，就粉體質(zhì)量越好。例如在要求粉體球形度的情況下，粒度相當(dāng)?shù)姆垠w材料，比表面越大，球形程度就越差。比表面積和粒徑（粒徑一般用中位徑或目數(shù)來(lái)表示）是兩個(gè)概念，沒(méi)有必然，同樣目數(shù)的兩個(gè)產(chǎn)品不等于他們擁有相同的比表面積，也依賴(lài)與其表面光滑程度和孔結(jié)構(gòu)。 |
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