GB/T 19587-2017 气体吸附BET法测定固态物质比表面积

ICS77.160

H16

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT195872017ISO92772010

代替/—

GBT195872004

气体吸附BET法测定固态物质比表面积

Determinationofthesecificsurfaceareaofsolidsbas

pyg

adsortionusintheBETmethod

pg

(:,)

ISO92772010IDT

2017-09-29发布2018-04-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT195872017ISO92772010

目次

前言…………………………Ⅰ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4符号………………………3

5原理………………………4

6步骤………………………6

7吸附数据的分析…………………………12

8试验报告…………………14

9标样的使用………………14

()……………………

附录资料性附录一些常用吸附质的横截面积

A15

()………

附录资料性附录法用有证的标准样品

BBET16

()………………

附录资料性附录微孔材料的表面积

C18

参考文献……………………21

/—/:

GBT195872017ISO92772010

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本标准代替/—《气体吸附法测定固态物质比表面积》。

GBT195872004BET

本标准与/—相比主要技术变化如下:

GBT195872004

———增加了BET法适用的吸附等温线类型及有关化学吸附的内容;

———、、、;

增加了吸附体积大孔介孔微孔等若干个术语

———对表中部分符号做了增减;

1

———原理部分有较大改动;

———增加了图吸附等温线的分类;

1IUPAC

———、、,;

删除了原标准中的图图图及相关说明对部分图进行了改动

267

———对标准的章节内容作了改动;

———“”。

增加了标样的使用

9

本标准使用翻译法等同采用:《气体吸附法测定固态物质比表面积》。

ISO92772010BET

本标准由中国有色金属工业协会提出。

本标准由全国有色金属标准化技术委员会(/)和全国颗粒表征与分检及筛网标准化技

SACTC243

(/)。

术委员会SACTC168归口

:、、

本标准起草单位广州有色金属研究院西安赛隆金属材料有限责任公司北京精微高博科学技术

、、、、。

有限公司西北有色金属研究院北京粉体技术协会国家纳米科学中心中机生产力促进中心

:、、、、、、、、、、

本标准主要起草人谭立新刘辛蔡一湘王利贺卫卫高原周素红陈金妹高洁闫晓英

侯长革。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为:

———/—。

GBT195872004

Ⅰ

/—/:

GBT195872017ISO92772010

气体吸附BET法测定固态物质比表面积

1范围

()()

本标准规定了气体吸附BET法测定分散的例如纳米粉或多孔的固体物质的整个见注释外部

[]

1

和内部通孔的比表面积的方法。

:,,,

注对表面具有化学不均匀性的固体例如金属催化剂BET法测得的整个表面积中金属部分的表面积能够通过

化学吸附法测得。

(、)(,)

法适用于具有型分散的无孔或大孔固体和型介孔固体孔径在之间

BETⅡⅣ2nm~50nm

。,。

吸附等温线的固态物质对于气体分子难以到达的孔隙其表面积测不到BET法不适用于对气体分

子有吸收性的固态物质。

()。

微孔材料型等温线的比表面积测定在附录中有叙述

ⅠC

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

工业用化学品取样技术从粉体到粗糙块体不同形状颗粒的固体化学品(

ISO8213Chemical

——

roductsforindustrialuseSamlintechniuesSolidchemicalroductsintheformofarticles

ppgqpp

)

varinfromowderstocoarselums

ygpp

颗粒材料颗粒特性的测定用取样和样品分离(—

ISO14488ParticulatematerialsSamlinand

pg

)

samleslittinforthedeterminationofarticulateroerties

ppgppp

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

吸附adsortion

p

吸附气体在固体材料外表面和可到达的内表面上的富集。

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.4

3.2

物理吸附hsisortion

pyp

:。

吸附质弱的键合压力和温度微小变动即可引发过程逆转的吸附

[]

[:3,]

ISO15901-32007定义3.13

3.3

吸附质adsorbate

被吸附的气体。

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.1

3.4

吸附物质adsortive

p

可被吸附的气体或蒸汽。

1

/—/:

GBT195872017ISO92772010

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.5

3.5

吸附剂adsorbent

发生吸附的固体材料。

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.3

3.6

等温线isotherm

,。

恒定温度下气体吸附量与气体平衡压力之间的关系曲线

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.10

3.7

吸附体积volumeadsorbed

标准状态下与吸附量等效的气体体积。

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.22

3.8

吸附量adsorbedamount

在给定压力和温度下吸附的气体摩尔数。

pT

:。

注吸附量用摩尔表示

1

[]

3

::,。

注改写定义

2ISO15901-320073.6

3.9

单层吸附量monolaeramount

y

在吸附剂表面形成单分子层的吸附质摩尔数。

[]

[:3,]

ISO15901-32007定义3.8

3.10

表面积surfacearea

在指定条件下由给定方法测得的表面积的总和。

[]

[:1,]

ISO15901-12006定义3.25

:,、。

注对本标准而言该表面积包括固体外表面积和吸附质可进入的大孔介孔和微孔的内表面积之和

3.11

比表面积secificsurfacearea

p

单位质量固态物质的表面积。

3.12

分子横截面积molecularcross-sectionalarea

,。

完全单层吸附时吸附质分子所占有的面积

3.13

大孔macroore

p

孔宽大于50nm的孔。

[]

3

::,。

注根据ISO15901-32007定义3.10

3.14

介孔mesoore

p

孔尺寸介于2nm~50nm之间的孔。

[]

[:3,]

ISO15901-32007定义3.11

3.15

微孔microore

p

孔尺寸小于或约等于2nm的孔。

2

/—/:

GBT195872017ISO92772010

[]

3

::,。

注根据ISO15901-32007定义3.12

3.16

相对压力relativeressure

p

平衡压力与饱和蒸气压的比值。

pp0

[]

[:3,]

ISO15901-32007定义3.15

3.17

平衡吸附压力euilibriumadsortionressure

qpp

吸附物质与吸附质的平衡压力。

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.7

3.18

饱和蒸气压saturationvaourressure

pp

,。

吸附温度下吸附质大量液化时的蒸气压

[]

[:2,]

ISO15901-22006定义3.20

3.19

自由空间freesace

p

顶部空间headsace

p

死空间deadsace

p

死体积deadvolume

除去试样体积以外的样品室的体积。

4符号

。,()

本标准引用的符号及国际单位见表1为了便于比较IUPAC国际理论和应用化学联合会符

[],[]

78

。。。

号也有列出这些符号可能不同于国际标准中使用的符号样品的质量均用克为单位

表符号

1

符号释义单位

a分子横截面积nm2

m

a比表面积m2/

sg

CBET常数a

1

L阿伏伽德罗常数(23)-1

=6.022×10mol

m试样质量g

m比吸附质量a

a1

n比吸附量/

amolg

n单分子层吸附量/

mmolg

n,由多点法测量导出的单层吸附量/

mmpmolg

n,由单点法测量导出的单层吸附量/

msmolg

p

p平衡吸附压力Pa

p0饱和蒸气压Pa

/相对压力a

pp01

理想气体常数()/(·)

R=8.314JmolK

3

/—/:

GBT195872017ISO92772010

()

表续

1

符号释义单位

r均匀无孔的球体半径nm

s

t时间min

T温度K

Va比吸附体积cm3/g

V,比微孔体积cm3/

pmicrog

ρ密度g/cm

ucBET标样所确定的比表面积的标准不确定度m2/g

k与标准不确定度相关的包含因子a

1

UBET标样所确定的比表面积的扩展不确定度(=ku)m2/

cg

[]

a:4,,,(“”),。

根据注对于任何量纲为目前常定为无量纲的量规定其单位为

ISO80000-120093.8311

5原理

(、)(,)

法只适用于型分散的无孔或大孔固体和型介孔固体孔径在之间的

BETⅡⅣ2nm~50nm

()。。

吸附等温线如图所示气体分子难以到达的孔隙其表面积测试不到法不能有效地应用于

1BET

对气体分子有吸收性的固体。

该方法涉及对图所示的在固体颗粒外部和可到达的内部孔隙表面形成单分子层的吸附质或吸附

2

。()。

气体量的测定可用公式根据吸附等温线求出试样表面气体单分子层的吸附量只要是通过

BET1

()

弱键物理吸附范德华力在固体表面并且在相同温度下通过降低压力可以脱附的任何气体都可以

使用。

。

通常沸点为约77.3K的氮气是最合适的吸附气体有时沸点为87.27K的氩气也是一种很好的

(,,)。

用于比表面积测量的吸附气体尤其是对石墨化的碳和羟基氧化物表面而言见表A.1脚注a氩气

,,

是一种具有化学惰性的单原子气体尽管氩气和氮气的极化率非常相似但其对称电子壳层结构完全不

同于氮气。

4

/—/:

GBT195872017ISO92772010

说明:

n———比吸附量;

a

/———相对压力。

pp0

图吸附等温线的分类

1IUPAC

()

典型的测试范围为型和型等温线图中的阴影区域

BETⅡⅣ

图横截面示意图———用虚线表示吸附法所测定的颗粒表面积

2

2/,,

对于1mg左右或者更小的低比表面积的样品使用氮气测量时仪器的灵敏度不够因此建议在

。,

液氮温度下用氪作吸附气体来测定比表面积由于氪在77.3K时的饱和蒸汽压约低至0.35kPa与在

,“”()(/),

相同温度下的氮吸附相比对未吸附气体的死空间的校正见3.19明显减少到1300th以致在允

。,

许的准确度内能够测量低摄取吸附气体的体积虽然77.3K与氪的三相点温度相比低了38.5K从微

,,

量量热法和中子衍射研究有一些证据表明在BET区域中的吸附质很可能处于液体状态因此过冷液

体的值可以作为的有效值来制作BET图。

p0

,、,。,

用不同吸附气体测量时由于分子横截面积孔连通性和测量温度的不同结果会有偏差此外众

5

/—/:

GBT195872017ISO92772010

[]

8

,,、,

所周知的分形分析概念即不规则复杂的结构例如多孔的高度弥散的物质其长度和面积的测量值

,,“”。,

不是绝对的而是取决于测量标尺即尺度这意味着使用大的吸附质分子的话有效的测量面积会

减少。

,

将吸附气体导入恒温的样品容器中吸附量是通过在平衡状态下吸附气体平衡吸附压力来测量

p

,/,。、,

的对吸附量与相对压力pp0做图就得到一条吸附等温线吸附等温线可以通过容量法重量法气

()。

相色谱法等方法以及使用连续或不连续操作的载气法得到见6.3

6步骤

6.1制样

。,

取样应按和进行在测定吸附等温线之前应通过脱气除去样品表面的物理

ISO8213ISO14488

,。,,

吸附物质同时要避免表面发生不可逆的变化脱气的最高温度即样品不被影响的温度可以通过热

()、。,

重分析见图光谱法或使用不同的脱气温度和时间的尝试法来确定采用真空处理时真空度达到

3

。,()。

约1Pa或更低时即可有时脱气可通过在高温下采用惰性气体如氦吹扫样品即可当残留气体压

,。

力或者样品成分或质量达到一个稳定值时脱气完成

p

,()。

使用真空技术将已加热脱气的盛样器与真空泵和管道隔离图中时间如果气压稳定不变

4t

i

,。。

达15min~30min则脱气完全稳定不变的气压也可以证明系统没有泄漏比表面积与脱气样品的

质量有关。

,。:,

脱气后将盛样器冷却到测试温度应注意由于在低气压下盛样器内热导率降低样品温度需要

一些时间才能达到平衡。

,()。

对于敏感的样品建议通过控制气压来加热见图5这包括在真空状态下根据多孔材料脱气时

。(

的气压变化来改变加热速率当从样品表面脱附的物质使得气压超过极限值时通常约为7Pa~

pL

),,。。

10Pa要停止升温保持温度恒定直到气压低于极限值在此临界点后系统可继续升温加热过程应

,,。

避免微孔材料结构发生变化因为过快的加热速率会导致蒸汽剧烈释放破坏材料脆弱的结构此外该

,。

方法非常安全它能在水或其他蒸气从非常细小粉体材料的孔隙中释放时防止样品扬析

6

/—/:

GBT195872017ISO92772010

说明:

m———样品质量;

t———脱气时间;

———,;

T1温度太低需长时间脱气

T2———最佳温度;

———,;

T3温度太高因样品分解导致气体逸出

1———样品;

2———真空系统;

3———天平;

4———加热炉。

图脱气热重分析控制

3

7

/—/:

GBT195872017ISO92772010

说明:

———压力;

p

t———样品隔离时间;

i

()———,;

p1t脱气完全密封好

()———脱气不完全;