Оценка удельной площади поверхности пористого диоксида кремния (тип изотермы IV) методом БЭТ

ОКТ272021

Метод Брунауэра-Эммета-Теллера (сокращенно метод БЭТ, ISO 9277) является наиболее распространенным методом оценки удельной площади поверхности. Удельная площадь поверхности макропористых, мезопористых и непористых твердых тел определяется путем измерения количества физически адсорбированного газа. Удельная площадь поверхности материала рассчитывается с помощью адсорбированного объема монослоя и пространства, необходимого для адсорбционной молекулы. Метод БЭТ применим к изотермам сорбции типа II и типа IV, и оценка проводится в диапазоне относительного давления p/p₀ от 0.05 до 0.30 (рекомендация IUPAC).¹ Изотермы I типа могут быть оценены с помощью графика Рукероля.² Теория БЭТ основана на трех допущениях:

Допущения теории БЭТ: 

1. Поверхностная энергия однородна
2. Нет взаимодействия между адсорбированными молекулами
3. Энергия адсорбции над вторым слоем равна энергии конденсации

Изотерма сорбции азота Develosil 100 при 77 К (рис. 1) может быть отнесена к IV типу. По этой изотерме можно рассчитать график БЭТ, который показан на рис. 2. Площадь поверхности по БЭТ определяется с использованием значений измерения в области относительного давления от 0.05 до 0.30, согласно рекомендациям IUPAC. Удельная поверхность по БЭТ для Develosil 100 составляет 296 м²/г.³ Следует отметить, что константа C должна быть положительной, а коэффициент корреляции R^² должен быть выше 0.99.

Рис.1 Изотерма сорбции азота Develosil 100 при 77 К, активированного в вакууме при комнатной температуре в течение 15 часов (слева) и график БЭТ для Develosil 100 (справа)

График БЭТ представляет собой преобразование изотермы адсорбции:

p: равновесное давление

p₀: давление насыщенного пара

V_ads: адсорбированное количество при равновесном давлении p

V_m: объем адсорбированного монослоя

C: константа БЭТ

C = exp((E1-EL)/RT) с теплотой адсорбции первого слоя E1 и теплотой сжижения EL соответственно испарения.

По наклону и пересечению линейной части графика БЭТ можно рассчитать объем монослоя Vm и константу БЭТ C:

Из объема монослоя удельную площадь поверхности по БЭТ получают по формуле:

R = 8,314 Дж/моль*К

Т (N₂) = 77 К

V_mol = 22,414 x 10-3 м^³/моль

N_A = 6,022 x 10²³ моль

A_CS (N2) = 16,2 x10-20 м^²

m = масса адсорбента в г

Ссылки

1. M. Thommes, K. Keneko, A. V. Neimark, J. P. Oliver, F. Rodriguez-Reinoso, J. Rouquerol and K. S. W. Sing, Pure Appl. Chem. 2015, 87, 1051–1069.

2. for TypeI isotherms the evaluation is also carried out below the relative pressure of 0.05; see Appnote 3.

3. Evaluation of the pore surface area and pore volume of Develosil 100 is presented in Material No. 7 (mesopore evaluation by BJH method) and No. 9 (evaluation by t-plot method).

Характеристики приборов BELSORP

Скачать статью «Оценка удельной площади поверхности пористого диоксида кремния (тип изотермы IV) методом БЭТ»