Giải Bài ✅ (ĐÃ XÁC MINH)

Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng [6] – Tài liệu text

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản rất đầy đủ của tài liệu tại đây ( 1.64 MB, 79 trang )

nguyên tố nhẹ, nhưng lại có khả năng loại nhiễu tốt hơn EDS và chỉ phân tích được một nguyên tố cho một lần ghi phổ.
Thực nghiệm: Phổ EDX được chụp tại phòng chụp SEM và EDX, Khoa Vật lí, trường
Đại học Khoa học Tự nhiên.
2.2.7. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng [6]Diện tích bề mặt riêng có ý nghĩa khác nhau đối với chất rắn xốp hay không xốp. Đối với chất rắn không xốp thì diện tích bề mặt riêng bằng tổng diện tích bên
ngồi, còn đối với chất rắn xốp thì diện tích bề mặt riêng là tổng diện tích bên trong của nhiều lỗ xốp lẫn tổng diện tích bên ngồi và nó lớn hơn nhiều so với diện tích bề
mặt ngồi.
Phương pháp đo diện tích bề mặt hấp phụ và giải hấp N
2
Phương pháp phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng của một chất rắn là đo sự hấp phụ của N
2
hoặc một số khí khác có khả năng thâm nhập vào tất cả các mao quản và tính tốn diện tích bề mặt riêng dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ.
Phương pháp BET Brunauner-Emmett-Teller là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định diện tích bề mặt của vật liệu thơng qua phương trình BET:
 
 
− +
= 
 
 
 −
1 1
1 1
P P
C V
C C
V P
P V
m m
1
Trong đó: P: áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí.
P : áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết
ở cùng nhiệt độ. V: thể tích chất bị hấp phụ ở áp suất tương đối PP
tính bằng cm
3
. V
m
: thể tích lớp hấp phụ đơn phân tử trên tồn bộ bề mặt S tính bằng cm
3
.
42
C: hằng số liên quan đến năng lượng hấp phụ đối với lớp bị hấp phụ đầu tiên hay liên quan đến mức độ tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Ph ương pháp đồ thị BET đa điểm
Xuất phát từ phương trình 1 nếu dựng đồ thị
 
 
 
− 1
1 P
P V
phụ thuộc PP thì
đường biểu diễn là một đường thẳng có hệ số góc s và hệ số tự do i được tính như sau: s =
C V
C
m
1 −
2 i =
C V
m
1
3 Vì vậy thể tích lớp hấp phụ đơn phân tử V
m
có thể được suy ra từ 2 và 3: V
m
=
i s
+ 1
4 Nếu ta cho rằng một phân tử bị hấp phụ có mặt cắt ngang che phủ một diện
tích A
CS
và V
m
là thể tích hấp phụ cực đại ứng với sự che phủ đơn lớp trên toàn bộ 1 gam chất hấp phụ khi đó nó có thứ ngun là cm
3
g thì diện tích bề mặt riêng S m
2
g của chất hấp phụ được tính như sau: S =
20
10 22414
− CS
m
NA V
m
2
g 5 Trong đó:
N = 6,022.10
23
là số Avogadro. 22414 là thể tích chiếm bởi 1 mol phân tử chất bị hấp phụ cm
3
Nitơ là một trong những chất bị hấp phụ được sử dụng rộng rãi nhất để xác định diện tích bề mặt và nó có A
CS
= 16,2 A
2
. Nếu đại lượng hấp phụ tính bằng gam W
m
thì diện tích bề mặt riêng được tính theo cơng thức sau: S =
10 .
M W
2 20
m
g m
NA
CS −
6 M là khối lượng mol phân tử chất bị hấp phụ.
43
Phương pháp BET đơn điểm Thơng thường việc xác định diện tích bề mặt được đơn giản hóa bằng cách chỉ
sử dụng một điểm trên đường hấp phụ đẳng nhiệt ở vùng tuyến tính của đồ thị BET. Chẳng hạn với chất bị hấp phụ Nitơ có hằng số C đủ lớn để có thể chấp nhận hệ số tự
do i = 0. Khi đó phương trình BET trở thành: V
m
= V
 
 
− 1
P P
7 Bằng cách tính lượng Nitơ đã bị hấp phụ V ở một giá trị áp suất tương đối nào
đó tốt nhất là ở gần giá trị PP = 0,2 đến 0,3, ta có thể tính V
m
nhờ phương trình 7. Diện tích bề mặt riêng được rút ra từ phương trình 5 và 7:
S =
10 .
1 22414
2 20
S
g m
P P
NA V
C m

 
 

8 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp
Theo IUPAC, có 6 kiểu đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp hình 2.6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp cuả vật liệu mao quản trung bình có chứa một
vòng trễ, thuộc kiểu IV.
44
Hình 2.3. Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPAC.
PP L
ượ ng
hấ p phụ
Sự phân bố kích th ước lỗ
Sự phân bố thể tích lỗ xốp tương ứng với kích thước lỗ được gọi là sự phân bố kích thước lỗ. Người ta xây dựng đường cong phân bố thể tích lỗ xốp để đánh giá
mức độ phân tán của hệ. Nếu đường cong phân bố hẹp thì hệ có kích thước lỗ đồng đều và ngược lại. Đường đẳng nhiệt giải hấp phụ thường được sử dụng để tính tốn
sự phân bố kích thước lỗ xốp hơn là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đối với cùng một thể tích khí, đường đẳng nhiệt giải hấp phụ ở áp suất thấp, tương ứng với năng lương tự
do thấp. Khí nitơ là khí được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sự hấp phụ nói chung
và trong việc xác định sự phân bố kích cỡ mao quản nói riêng. Đường cong phân bố thể tích lỗ xốp được xác định khi giả thiết các mao quản đều có dạng hình trụ, khi đó
bán kính mao quản được tính theo phương trình Kelvin:
r
k
=
lg 15
, 4
ln .
2 P
P P
P RT
V
m
= 
 
 −
σ
9
Trong đó: σ: sức căng bề mặt của Nitơ ở nhiệt độ sôi của nó 8,85 erg.cm
-2
. V
m
: thể tích mol của Nitơ lỏng 34,7 cm
3
.mol
-1
. R: hằng số khí 8,314.10
7
erg.mol
-1
.K
-1
. T: nhiệt độ sôi của Nitơ 77K.
PP : áp suất tương đối của Nitơ.
r
k
: bán kính trong của mao quản. Thay các hằng số vào để tính tốn, biểu thức 9 được rút gọn:
log 15
, 4
P P
A r
k
=
10
45
Bán kính Kenvin r
k
là bán kính lỗ xốp tính được khi sự ngưng tụ xuất hiện tại áp suất tương đối PP
. Vì trước khi ngưng tụ, một số quá trình hấp phụ đã xảy ra trên thành mao quản, nên r
k
không phải là bán kính thực của lỗ xốp. Ngược lại, trong suốt qúa trình giải hấp phụ, lớp bị hấp phụ vẫn được duy trì trên thành mao quản. Vì vậy,
bán kính mao quản thực r
p
được đưa ra: r
p
= r
k
+ t 11 Trong đó t là bề dày của lớp bị hấp phụ.
Giá trị t được tính theo phương pháp Boer và được đưa ra trong biểu thức:
2 1
034 ,
log 99
, 13
 
 
 
+ =
P P
A t
12 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp được sử dụng để xác định đặc trưng
cho cấu trúc vật liệu mao quản trung bình. Dựa vào các số liệu đo được ta có thể xác định được các thơng số về cấu trúc như diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, sự
phân bố kích thước mao quản. Th
ực nghiệm Diện ttích bề mặt riêng BET được đo tại Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội.
46

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

VIETLIKE.VN

CEO: Công ty TNHH Công Nghệ Truyền Thông Ez Media.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button