[发明专利]一种测定气固表面吸附等温线的方法

说明书

技术领域

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

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-T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

1测试原理 

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。 

等温线测定的实验装置原理如附图1所示。 

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： 

q=P1·V1R·T(x1-x2)---(1)]]>

式中，P₁为标准罐内吸附前的压力(Pa)，V₁为标准罐的体积(m³)，R为阿伏伽德罗常数(JK^-1mol^-1)，T为测试温度(K)，x₁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。 

2发明特点 

1)本发明的最大优点在于减少了等温线测试的误差，能实现气体较小吸附量的条件下的等温线测试。相比而言，结合了结合质谱分析的静态容量法的误差显著降低，特别是当样品相对吸附量较小时，误差能降低一个数量级；而当样品相对吸附量增加时，结合质谱分析的静态容量法的得到的实验结果也明显比静态容量法准确。静态容量法误差与结合质谱分析的方法的误差对比列于下表。从表中数据可见，结合质谱分析的静态容量法具有明显的优势。 

静态容量法误差与结合质谱分析的方法的误差对比 

2)需配制混合气体 

为配合质谱分析，选择一种对待测固体和气体均为惰性的气体，将该气体与待测气体混合成一定比例的混合气体。为提高气体成分分析的精度，惰性气体的选择主要有两个原则：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)需质谱分析 

混合气体在吸附前后均需要采用高分辨率质谱仪进行成分分析。适用于本发明的质谱仪给出的成分百分含量的精度需达到0.0001。 

4)单次测量