比表面積是指每克固體物質所具有的表面積。煤的比表面積也就是每克煤所具有的表面積.以m3/g來表示.
固體表面都有吸附特性,煤對氣體和液體有吸附現象。由煤經過特殊加工制成的活性炭其表面積可達1000m3/g,是一種廣泛應用的良好吸附劑。在吸附現象中起主要作用的是表面積和孔隙率,因而吸附作用的強弱與表面積有密切的關系。表面積越大,吸附作用也越強.煤的比表面積是煤的特殊加工工藝和氣化工藝的一項重要的參數。最廣泛,最普遍應用的是BET法計算比表面積。因為氮氣是化學惰性氣體,而且在液氮溫度下不易發生化學吸附,所以低溫氮吸附法是最常用來測比表面積的一種方法。
一、方法簡介:
將經過規定條件下干燥后的已知質量的煤樣放入測定儀的試樣管中,在-196℃下通入高純氮,在不同相對壓力下測定煤對氮的吸附量。然后根據BET方程計算出每克煤的表面積,即煤的比表面積(m3/g)。
二、儀器設備
容量法測定氣體吸附的測定儀主要由試桿g、氣體量管和水銀壓力計組成,均由毛細管互相連接。氣體量管是由5個逐漸遞減容積的球組成,由毛細管彼此相連的每個球之間的容積用水銀來校準,并融刻基準刻度。氣體量管外有恒溫水套管。水銀壓力計左側支管除下部10cm長以外,其余是毛細管。壓力計附有刻度尺(米制)用來讀取壓力。
三、測定前的準備
1、煤樣的脫氣干燥處理
煤樣粒度不宜過細以免脫氣處理時隨氣流損失,但又不宜過大,否則難以裝入試樣管內。煤樣在測定比表面積前必須經過脫氣干燥處理以除去煤吸附的氣體和水.脫氣干燥處理一般在真空度為1.33x10-2Pa,溫度在110℃下干燥16h.認為在這樣的條件下,煤的表面已無水(或其他氣體吸附),然后將試樣在無氧條件下冷到室溫備用。
2、等效死空間的校準煤的比表面積是根據吸附氣體量來計算,而吸附氣體量應由通入的氣體體積減去未被吸附的氣體體積所得.未被吸附的氣體積即為等效死體積。其定義如下:在一定的室溫、一定的液氮溫度以及試樣管浸泡到液氮中一固定標記刻度.在一定的吸附平衡壓力下,試樣管中未被吸附的氣體體積(標準狀態:273K和1013hPa時的體積)。校準步驟如下:
(1)系統抽真空達1.33Xl0-2Pa以上,并檢漏之后即關閉s1、s2:活塞.將裝有液氮的容器套在試樣管上,使試樣管浸入液氮到一固定的刻度。
(2)調節量管下部的水銀面到其最高刻度(即O刻度)。
(3)通入高純氮,將壓力計左側支管的水銀面調到X標記處,并記錄氣體壓力。
(4)調水銀面到量管的每一個刻度,記錄相應壓力.由于量管的體積是已知的,根據氣體方程PAVA=PBVB,可以計算出未知體積V1 ,取其平均值。
(5)測定包括裝有樣品的試樣管到活塞S1的體積,也就是死空間V2.打開活塞S1,使高純氮擴充到試樣管內,形成平衡后記錄壓力,然后依次充填或排空量管球中的水銀,記錄量管上相應刻度下的壓力。由下式計算死空間的體積:
P(V + V1+ V2) = K
式中:v ----里管球體積總和,cm3
V1----除試樣管和皿管以外的體積,cm3
V2----死空間.cm3
P----量管球內未注入水銀時的壓力,mmHg柱:
K----常數。
四、測定步驟
(1)將經過脫氣干燥后已知質量的煤樣(一般0.5g左右,比表面積較大的煤應適當減少煤樣量,否則吸附不易平衡,試驗時間過長)放入試樣管中,真空檢漏后仍繼續抽真空對煤樣再進行脫氣處理,直到系統內的壓力維持在133x10-2Pa,脫氣時間約1-6h。
(2)關閉S1 ,,將樣品管置于液氮中一固定標記,使煤樣在-196℃下恒溫。
(3)調節水銀面到氣體量管的最低刻度。通入高純氮后關閉S3,測氣體壓力。打開S1氣體進入試樣管與試樣接觸.當達到平衡時(壓力在1min內變化不超過0.lmmHg柱),記錄此時的壓力。升高水銀面達到逐次高度測得相應平衡壓力(最多5個點).由于氣體在每克固體表面的吸附量V依賴于氣體的性質、固體表面性質、吸附平衡溫度T以及吸附質的平衡壓力P,即V =f ( T , P,氣體,固體)。當選定了吸附劑、吸附質及吸附平衡溫度后則吸附量v就只是吸附平衡壓力P的函數,則v =f ( P ) T氣體固體。由此可得到吸附等溫線。
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