1、1目录一、实验目的 .2二、实验原理 .2三、实验流程 .3四、实验步骤 .3五、原始数据记录表（手写版附后） .4六、实验数据处理 .56.1 数据的前处理 .51流量计算 .52 N2 分压就算 .63标定气体体积计算 .66.2 分别计算 .61 1 号样品吸附比表面积的计算 62 2 号样品吸附比表面积的计算 86.3 结果统计 .9七、思考分析 .101实验中相对压力为什么要控制在 0.050.35 之间？ 102为什么每作一个实验点都要进行标定？ .103影响本实验误差的主要因素是什么？ 112一、 实验目的1 掌握用流动吸附色谱法测定催化剂比表面积的方法；2 通过实验了解 BET
2、 多层吸附理论在测定比表面积方面的应用。二、 实验原理固体催化剂表面积的测定方法较多。经典的 BET 法，由于设备复杂、安装麻烦，应用受到一定限制。气相色谱的发展，为催化剂表面积测定提供了一种快速方法。色谱法测定催化剂固体表面积，不需要复杂的真空系统，不接触水银，操作和数据处理较简单，因此在实验室和工厂中的到了广泛应用。色谱法测固体比表面积是以氮为吸附质、以氢气或氦气作为载气，二者按一定的比例通入样品管，当装有待测样品的样品管浸入液氮时，混合气中的氮气被样品所吸附，而载气不被吸附，He-N 2 混气或 H2-N2 混气的比例发生变化。这时在记录仪上即出现吸附峰。各种气体的导热系数不尽相同，氢和
3、氦的导热系数比氮要大得多，具体各种气体的导热系数如下表：表 1 各种气体的导热系数气体组分 H2 He Ne O2 N2导热系数Cal/cm*sec*10 5 39.7 33.6 10.87 5.7 5.66同样，在随后的每个样品解吸过程中，被吸附的 N2 又释放出来。氮、氦气体比例的变化导致热导池与匹配电阻所构成的惠斯登电桥中 A、B 二端电位失去平衡，计算机通过采样板将它记录下来得到一个近似于正态分布的电位时间曲线，称为脱附峰。最后在混合气中注入已知体积的纯氮，得到一个校正峰。根据校正峰和脱附峰的峰面积，即可计算在该相对压力下样品的吸附量。改变氮气和载气的混合比，可以测出几个氮的相对压力下
4、的吸附量，从而可据 BET公式计算表面积。BET 公式： (0)= 1+(1)0式中：P-氮气分压，Pa；P0-吸附温度下液氮的饱和蒸气压，Pa；Vm-待测样品表面形成单分子层所需要的 N2 体积，ml ；V-待测样品所吸附气体的总体积，ml ；C-与吸附有关的常数。其中V=标定气体体积*待测样品峰面积/ 标定气体峰面积3标定气体体积需经过温度和压力的校正转换成标准状况下的体积。以P/V（ P0-P） 对 P/ P0 作图，可得一条直线，其斜率为（C-1）/（V mC） ，截距为1/（ VmC） ，由此可得：Vm=1/(斜率+截距)若知每个被吸附分子的截面积，可求出催化剂的表面积，即Sg=(V
5、mNAAm)/(22400W)式中：S g-催化剂的比表面积，m 2/g；NA-阿弗加德罗常数；Am-被吸附气体分子的横截面积，其值为 16.210-20m2；W-待测样品重量，g ；BET 公式的使用范围 P/P0=0.050.35，相对压力超过此范围可能发生毛细管凝聚现象。另外，如果 P/P0 流量计算载气 H2的平均流量= 2011+10.97+10.94360=109.389/第一次进样 N2的平均流量1= 2010.16+10.22+10.25360109.389=8.143/第二次进样 N2的平均流量2= 209.25+9.22+9.16360109.389=20.904/第三次进
6、样 N2的平均流量3= 208.6+8.6+8.56360109.389=30.362/第四次进样 N2的平均流量4= 207.81+7.78+7.81360109.389=44.457/62 N2 分压就算第一次进样 N2分压1=101.3 8.143109.389+8.143=7.018第二次进样 N2分压2=101.3 20.904109.389+21.01=16.252第三次进样 N2分压3=101.3 30.362109.389+32.04=22.008第四次进样 N2分压4=101.3 44.457109.389+43.22=29.2733 标定气体体积计算标定气体体积=4.532
7、2（ 96+654）1000 273.15273.15+23.8=3.1276.2 分别计算1 1 号样品吸附比表面积的计算第一次进样样品 1 吸附气体的总体积11=3.12773389102837=2.232第二次进样样品 1 吸附气体的总体积12=3.1277952091441=2.719第三次进样样品 1 吸附气体的总体积13=3.1278272485725=3.018第四次进样样品 1 吸附气体的总体积14=3.1277470595605=2.443吸附温度下液氮的饱和蒸汽压7=101.3793.3760=105.765根据上述相关结果，结合吸附温度下的饱和蒸汽压值，可以得到下述拟合变
8、量表表 5 样品 1 拟合变量表x= P/P0 y= P/V(P0-P)0.0629 0.03180.1456 0.06680.1972 0.08710.2623 0.1566对这些数据在标准坐标纸上进行作图，可以得到拟合直线。如下：0.50.10.150.20.250.30.20.40.60.80.10.120.140.16 P/V(Po-) Linear Fit f P/V(Po-)P/V(o-P) (/ ml) P/oEquation y = a + b*xWeight No WeightingResidual Sum of Squares 5.7652E-4Pearsons r 0.9
9、645Adj. R-Square .89Value Standar ErorP/V(Po-) Intercpt -0.1495 0.213/(-) Slo .63 .648图 2 P/V(P0-P)P/P0线性拟合图从分析结果可知拟合直线斜率为 0.6019，截距为-0.0150 ，继而求出 Vm= 10.6019-0.0150=1.7039样品 1 的吸附比表面积 Sg=22400=1.70396.02102316.21020224000.4112 =18.04m2/g相对误差81=|18.0431.631.6|100%=42.91%2 2 号样品吸附比表面积的计算第一次进样样品 2 吸附气
10、体的总体积21=3.12731966102837=0.972第二次进样样品 2 吸附气体的总体积22=3.1273654391441=1.250第三次进样样品 2 吸附气体的总体积23=3.1273987485725=1.454第四次进样样品 2 吸附气体的总体积24=3.1273198995605=1.046根据上述相关结果，结合吸附温度下的饱和蒸汽压值，可以得到下述拟合变量表表 6 样品 1 拟合变量表x= P/P0 y= P/V(P0-P)0.0629 0.07310.1456 0.14530.1972 0.18070.2623 0.3658对这些数据在标准坐标纸上进行作图，可以得到拟合
11、直线。如下：90.50.10.150.20.250.30.50.10.150.20.250.30.350.4 P/V(o-P) Linear Fit f /V(Po-)P/V(o-P) (1/ ml) P/oEquation y =a +b*xWeight No WeightingResidual Sum of Squares 0.5Pearsons r 0.932Adj. R-Square .8ValueStandr ErorP/V(o-P) Intercpt -0.4096 0.6548/(-) Slo 1.3 .393图 3 P/V(P0-P)P/P0线性拟合图从分析结果可知拟合直线斜率
12、为 1.3903，截距为-0.0410 ，继而求出 Vm= 11.3903-0.0410=0.7411样品 1 的吸附比表面积 Sg=22400=0.74116.02102316.21020224000.6867 =4.699m2/g相对误差2=|4.6999.19.1 |100%=48.36%6.3 结果统计表 7 各气体相关数据表N2 气体种类项目 H2 第一次 进样 第二次 进样 第三次 进样 第四次 进样平均流量/（ml/min） 109.389 8.143 20.904 30.362 44.457气体分压/kPa 7.018 16.252 22.008 29.273表 8 待测样品吸
13、附 N2体积数据表10样品编号 进气次序 吸附 N2的总体积/ml1 2.2322 2.7193 3.018样品 14 2.4431 0.9722 1.2503 1.454样品 24 1.046表 9 拟合直线相关数据表表 10 实验结果与相对误差表项目样品编号实验计算的Sg/(m2/g)文献提供的Sg/(m2/g) 相对误差/%样品 1 18.04 31.6 42.91样品 2 4.699 9.1 48.36项目样品编号x= P/P0 y= P/V(P0-P) 斜率 截距 Vm/ml0.0629 0.03180.1456 0.06680.1972 0.0871样品 10.2623 0.156
14、60.6019 -0.0150 1.70390.0629 0.07310.1456 0.14530.1972 0.1807样品 20.2623 0.36581.3903 -0.0410 0.741111七、思考分析1 实验中相对压力为什么要控制在 0.05 0.35 之间？由物理化学的知识可知，如果相对压力小于 0.05 时，催化剂表面会变十分不均匀而使多层物理吸附无法成立，此时的情况适用于朗格缪尔公式；而如果相对压力大于 0.35 时，可能会发生毛细凝聚现象，多层物理吸附的平衡很难建立。所以要控制在 0.050.35 之间。2 定量管体积是固定的，为什么每作一个实验点都要进行标定？因为我们在做这个实验的时候，一共做了 4 组数据，每组 N2 的流量都是不相同的，因此系统的稳态点会发生变化，从而导致原先标定好的峰面积会随之发生偏移，给实验结果带来误差。我们之所以每一个试验点都要进行标定，是为了保证系统设备的稳态不变，从而消除了系统带来的误差，使最后得到的实验结果更加准确。3 影响本实验误差的主要因素是什么？首先，样品吸附和脱附进行得是否彻底很大程度的影响着实验结果的误差，其次是 H2 和 N2 流量测量的准确性也同样影响着最后的结果。相比较而言，前者对实验结果的影响更大。
