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                  技術文章

                  比表面積分析儀低吸附質氣體的選擇

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                    氣體吸附法測定比表面積原理,是依據氣體在固體表面的吸附特性,在一定的壓力下,被測樣品顆粒(吸附劑)表面在超低溫下對氣體分子(吸附質)具有可逆物理吸附作用,并對應一定壓力存在確定的平衡吸附量。通過測定出該平衡吸附量,利用理論模型來等效求出被測樣品的比表面積、孔容積及孔徑分布。
                   
                    高純氮氣以及液氮(冷卻劑)因其易獲得性和良好的可逆吸附特性,成為常用的吸附質,廣泛用于比表面積的測定。對于孔道較小,擴散較慢的微孔樣品,如:分子篩及活性炭等樣品;以及比表面積較小的樣品,如:天然礦石,有機材料等,氮氣做吸附氣體存在局限性,可以選擇氬氣,二氧化碳氣,氪氣等做吸附氣體。
                   
                    氬氣作為吸附氣體可以在87K液氬溫度或者77K的液氮溫度下在材料表面發生穩定吸附,在分子篩樣品微孔測試方面廣泛應用。主要存在以下三方面原因:
                   
                    1. 氮分子是極性分子且存在四極偶距,加強了吸附質分子與不均勻的分子篩孔壁之間的作用力,容易發生特性吸附,給識別不同孔徑分子篩帶來難度;相對氮分子,氬氣分子是球形的非極性的單原子分子,能得到更精確的微孔分布。
                   
                    2. 對于一個確定的孔寬,氮氣比氬氣需要更低的P/P0。故選用氬氣做吸附氣體,微孔吸附能在較高的P/P0點進行,有利于提高測試精度。
                   
                    3. 氬氣可以選在87K的液氬溫度吸附,提高冷浴的溫度,有利于縮短平衡時間,提高測試效率。
                   
                    氬氣做吸附氣體測試其局限性在于孔徑大于12nm后毛細凝聚就會消失,所以,一般只能用于微孔測試。
                   
                    對于微孔較多的活性炭樣品,可以選擇用二氧化碳做吸附質,在冰點吸附,主要用于活性炭飽和吸附能力的測試。二氧化碳的冰點(273K)吸附相對氬氣、氮氣的吸附溫度(77K或者87K)提高了很多,大大提高了氣體擴散速度。故對活性炭樣品,選擇二氧化碳在冰點吸附,具有效率高,易擴散,容易得到飽和吸附量的特點,更適合于活性炭飽和吸附能力的測試。但是,二氧化碳冰點的飽和蒸汽壓(3485.3KPa)太高,只能在微孔范圍內吸附,不能達到更高P/P0壓力點,除非選用高壓吸附儀。
                   
                    對于比表面積較小的金屬粉末,有機材料以及一些天然的礦石可以選用氪氣做吸附氣體。
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