迎头色谱法测定颗粒比表面积和等温吸附线

摘要

当颗粒粒径小到一定程度，其比表面积的作用就明显起来。在石油，化工，冶金，建材，原子能，制药，化学电极，色谱分离和分析，以及其他很多工农业和国防工业领域中，很多过程都是在特定的固体表面进行的，因此测定物质的比表面积在科研和生产中都具有重大意义。 测定比表面积的方法很多，目前国际公认的最可靠、最有效的方法是氮气吸附法。通过准确地测定颗粒的等温吸附线 ，利用其分压点在0.05-0.35之间的一段吸附值数据就可以用BET方程来计算比表面积。氮气吸附法中包括流动色谱法和双气路法。作者利用北京ST-03型比表面积和孔径测定仪用两种方法分别进行了基础测定研究。分析了流动色谱法测量中的误差因素，如桥流、衰减系数、分压值等并给出解决方案，计算了双气路法实验条件下温度校正系数的理论值范围。 普通动态法测定多点吸附时的低效率是其最大缺点。因此作者亦采用了高效率的迎头色谱法进行测定。本文对其吸附量计算方法和吸附模型进行了研究，并试图通过改进吸附条件来获得理想的结果。测定结果表明，吸附值仍然存在较大的误差。其吸附过程难以很好地满足假设条件是主要的原因。 作者针对这些问题，提出了一种新的分步迎头色谱法。该方法的测量原理是由原来单一的载气脱附变为混合气体的分段脱附，把相对大的分压范围的脱附过程变为小范围的分段脱附过程。在若干个设定的分压点可以测得准确的吸附量，利用这些数据点，很大程度上提高了原迎头色谱法的准确性。在小范围的分压段内，理论上避免了建立复杂的数学模型，而利用简单的数学模型就可对其进行校正。该方法具有操作方便，测量时间短，准确度高的优点。 基于新方法的测量原理，作者设计和建立了四种气路流程并分别进行了测定，得到了不同的实验结果。作者详细分析了各流程的测定过程并比较了它们的异同点。本文还提出了新的分步迎头色谱法中吸附值的计算方法。 本文结合实验原理和测定条件，建立了数学模型，对一维非稳态传质模型的数学方程 =0进行了算法处理。在此基础上推导出一个较简单的吸附模型 。利用该模型对实验的各分压段数据进行校正，得到了较好的结果。 本文利用新的分步迎头色谱法测定了白碳黑样品的比表面积和等温吸附线。实验结果表明这种新方法快捷，准确，为进一步提高测量精度和实际应用打下了良好的基础。