一种测定气固表面吸附等温线的方法
【专利摘要】本发明涉及一种气体在固体表面吸附等温线的测定方法。采用将PVT法结合高精度气体质谱分析的方法，测定吸附等温线。采用PVT法获得气体吸附前的物质的量，通过高精度质谱获得吸附前后气相的精确组成，通过物料衡算获得吸附量。与传统的PVT方法相比，该方法的特点主要有预先配制混合气体，采用高分辨率质谱分析，单点测定的特点。本方法最大的优点在于能明显减少实验误差，当气体吸附能力较弱时，测试精度能提高约一个量级。
【专利说明】一种测定气固表面吸附等温线的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料分析【技术领域】，具体涉及一种气体在固体材料表面吸附的等温线 测定方法，用于气体在某些材料表面吸附。
【背景技术】
[0002] 实验研究中，往往需要测定一定温度、压力条件下的气体在固体样品表面上或体 相中的吸附等温线。常用的方法是气体静态容量法（p-v-τ法），测试方法如下：在盛放样 品的容器中放置准确称量的经预处理的吸附剂样品，先经抽真空脱气，再使整个系统达到 所需的真空度，然后将盛放样品的容器中控制在一定的温度，并通过一个确定体积的容器 (标准罐）向盛放样品的容器充入已知量气体，吸附剂吸附气体会引起压力下降，待达到吸 附平衡后测定气体的平衡压力，并根据吸附前后体系压力变化可计算吸附量。逐次向系统 增加标准罐压力，重复上述操作，计算得到不同的平衡压力下的吸附量值。样品对气体的 相对吸附量较大时，采用静态容量法测定吸附量无疑是一个快捷、准确的方法。当某些气 体在材料表面吸附能力较弱时，常采用减少实验容器体积和增加样品量的方法减少实验误 差。涉及到某些剧毒、强放射性、贵重或稀缺等材料时，考虑到成本和安全因素，增加实验样 品量的方法往往不易或不能实现，实验容器的体积也不能无限减少。在此情况下，温度、压 力、体积测定的误差导致最终的计算得到实验误差可高达100%以上。为减少实验误差，本 发明提出了一种新的测定方法。
【发明内容】
[0003] 1测试原理
[0004] 该方法的基本原理是在待测的气体中预先混入对固体样品惰性（不吸附）的气 体，通过Ρ-ν-Τ测定初始混合气体的物质的量n，通过高分辨率质谱仪分析吸附前后气相成 分，最后通过物料衡算获得吸附量。单次吸附后，再次热除气以进行下一次吸附量。将不同 吸附量对应的压力作图，最终获得吸附等温线。
[0005] 等温线测定的实验装置原理如附图1所示。
[0006] 在压力不太高的条件下，采用理想气体状态方程计算吸附前的混合气体的物质的 量，吸附量（mol)的计算公式如下：
[0007]
【权利要求】
1. 一种测定气固表面吸附等温线的方法，其特征在于： 在待测的气体中预先混入对固体样品惰性的气体，通过P-V-T测定初始混合气体的物 质的量n，通过高分辨率质谱仪分析吸附前后气相成分，最后通过物料衡算获得吸附量；单 次吸附后，再次热除气以进行下一次吸附量；将不同吸附量对应的压力作图，最终获得吸附 等温线。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：惰性气体的选择有两个原则：一是与待测 气体的分子量相差越大越好，另一个是配比尽量接近1 : 1。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在压力不太高的条件下，采用理想气 体状态方程计算吸附前的混合气体的物质的量，吸附量（mol)的计算公式如下： p .V .. q = -~L(.v1 --..V,) (1) R-T 1 - 式中，Pi为标准罐内吸附前的压力（Pa)，ViS标准罐的体积（m3)，R为阿伏伽德罗常数 (JlTmor1)，T为测试温度（K)，Xl和x2分别为吸附前和平衡后气相中待测气体的摩尔百分 含量。
4. 一种测定气固表面吸附等温线的方法，其特征在于： (1) .混合气体配制；选择对Ce02及C0惰性的气体He ;将C0和He按1 : 1配制成混 合气体并预先充一个密封容器中暂存； (2) .将混合平衡后的气体取样作质谱分析，获得精确的组成； (3) .样品准备；准确称量粉末Ce02 1 0 . 000克，通过吸附仪获得样品比表面积，小心装 入专用的样品容器，并将容器接入测试系统； (4) .真空热除气；样品除气温度设定为650°C，时间为3小时；热除气结束后，关闭容 器阀门并将样品容器放入恒温水浴槽（或恒温装置），平衡一段时间以便让实验容器内的 样品温度达到设定的测试温度； (5) .气体吸附准备；对测试系统管路抽空后，关闭取样瓶阀门；向标准罐内充入一定 压力的混合气体并关闭标准罐阀门和充气系统的阀门； (6) .吸附；关闭抽空阀门并打开标准罐阀门和实验容器阀门，此时固体样品开始吸附 待测气体；待吸附平衡后，记录吸附平衡压力；随后打开取样品阀门，对管道内的气体进行 质谱取样并进行分析成分；通过公式（1)计算对应平衡压力下的吸附量； p .V .. q =」~L(.x：1 - X,) (1) R-T 1 - 式中，Pi为标准罐内吸附前的压力（Pa)，％*标准罐的体积（m3)，R为阿伏伽德罗常数 (JlTmor1)，T为测试温度（K)，Xl和x2分别为吸附前和平衡后气相中待测气体的摩尔百分 含量； (7) .重复测试；再次对样品进行热除气，重复上述步骤，以获得更高平衡压力下的吸 附量；将不同吸附量对应的平衡压力作图，获得某温度下的吸附等温线。
【文档编号】G01N30/06GK104267133SQ201410442630
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】雷强华 申请人:中国工程物理研究院材料研究所