A kőzetek fajlagos felületének meghatározására szolgáló módszerek. Fajlagos felület meghatározása Beépítés a fajlagos felület meghatározására ágyas módszerrel
GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)
B59 csoport
AZ SZSZK UNIÓ ÁLLAMI SZABVÁNYA
FÉM POROK
Katalizátorok és hordozók. Fajlagos felület meghatározása
fémporok. Katalizátorok és hordozók.
Konkrét terület meghatározása
Bevezetés dátuma 1992-01-01
INFORMÁCIÓS ADATOK
1. Az Ukrán SSR Tudományos Akadémiája KIALAKÍTOTT ÉS BEVEZETETT
FEJLESZTŐK
V.N.Klimenko, V.V.Skorokhod, A.E.Kushchevsky, I.V.Uvarova, L.D.Bernatskaya, T.F.Mozol
2. A Szovjetunió Állami Termékminőség-irányítási és Szabványügyi Bizottságának 1990. december 27-i N 3376 rendeletével JÓVÁHAGYVA ÉS BEVEZETETT
3. Az ellenőrzés időszaka 5 év
4. A szabvány teljes mértékben megfelel az ST SEV 6746-89 szabványnak
5. CSERÉLJE KI a GOST 23401-78-at
6. REFERENCIA SZABÁLYZAT ÉS MŰSZAKI DOKUMENTUMOK
Cikkszám, szakasz |
|
Ez a nemzetközi szabvány meghatároz egy módszert fémporok, katalizátorok és hordozók fajlagos felületének meghatározására 0,05 és 1000 m/g között gáz (nitrogén vagy argon) termikus deszorpciójával.
A módszer lényege, hogy meghatározzuk a munkagázelegy (nitrogén-hélium vagy argon-hélium) áramlásából folyékony nitrogén hőmérsékleten először a vizsgált minta felületén adszorbeált, majd emelkedő hőmérsékleten deszorbeált gáz térfogatát. és a minta fajlagos felületének ezt követő kiszámítása.
1. MINTAVÉTELI MÓDSZER
1. MINTAVÉTELI MÓDSZER
1.1. A mintavétel a GOST 23148* szerint történik.
______________
GOST 23148-98
1.2. A minta tömege a meghatározási vizsgálathoz a táblázat szerint.
A minta tömege, g, nem kevesebb, mint | Mintafelület, m | Fajlagos felület, m/g |
0,5 és 1,0 között | 0,05 és 0,10 között |
|
St. 1.0 "2.0" | St. 0.1 "1.0" |
|
Mérés előtt a mintát kemencében tömegállandóságig szárítják.
2. BERENDEZÉS
A fajlagos felület meghatározására szolgáló berendezések (1., 2. ábra) 1 - héliummal ellátott hengerekből állnak; 2 - nyomásmérők - a GOST 2405* szerint (2 db); 3 - porózus előszűrők (2 db); 4 - gázkeverő egység; 5 - példaszerű nyomásmérő 0,1 MPa nyomásra a GOST 6521 szerint; 6 - Dewar tartály NTD szerint folyékony nitrogénnel a GOST 9293 szerint; 7 - csapdák szilikagél-jelzővel a GOST 8984 szerint; 8 - a detektor hővezetőképesség szerinti összehasonlító és mérőcellái; 9 - KSP-4 potenciométer 0-10 mV-os mérési határértékekkel, és a mutatónak a teljes skálán való áthaladásának ideje legfeljebb 1 másodperc a GOST 7164 szerint; 10 - integrátor; 11 - elzárócsap (2 db); 12 - áramlásmérők, amelyek a gáz áramlási sebességét 0 és 55 cm/perc között regisztrálják (2 db); 13 - adagolószelep; 14 - adszorberek 6 (1. ábra) és 12 (2. ábra) darabok; 15 - termosztát, amely akár 400 °С hőmérsékletet biztosít; 16 - A nitrogén vagy argon márkájú henger a GOST 10157 szerint; 17 - nyolcutas szelep.
______________
* Az Orosz Föderáció területén a GOST 2405-88 érvényes. - Adatbázis gyártói megjegyzés.
A fenébe.1. a gázkeverék párhuzamos áramlásával a detektorcellákon keresztül
Beépítési diagram a minták fajlagos felületének meghatározásához
a gázkeverék párhuzamos áramlásával a detektorcellákon keresztül
A fenébe.2. A minták fajlagos felületének meghatározására szolgáló telepítés sémája a gázkeverék áramlásának szekvenciális áthaladása során a detektorcellákon
Beépítési diagram a minták fajlagos felületének meghatározásához
a gázkeverék egymás utáni áthaladása során a detektorcellákon keresztül áramlik
A mintákkal rendelkező adszorbereket A és B blokkba egyesítjük (2. ábra). Minden blokkban, az üzem szükséges kapacitásától függően, egy-hat adszorber lehet.
A detektor érzékenysége 0,7·10 és 0,8·10 mV között legyen.
Laboratóriumi mérlegek, amelyek legfeljebb 0,0002 g mérési hibát biztosítanak.
3-A3 hőmérő a GOST 8624 szerint.
Stopperóra a GOST 5072 szerint.
A szárítóház hőmérsékletet (200±20) °C biztosít.
Fémbarométer.
Orvosi injekciós fecskendő 1 cm-es kapacitással.
Nagy tisztaságú hélium a normatív és műszaki dokumentáció szerint.
3. ELŐKÉSZÜLÉS AZ ELLENŐRZÉSRE
3.1. A telepítés ellenőrzése szivárgás szempontjából
A berendezésből a gáz kivezetésénél a 11 elzárócsap el van zárva, ami 4 10 Pa túlnyomást hoz létre a rendszerben, nyomásmérővel mérve 5. Ha a nyomásesés 20 percen belül nem haladja meg a 100 Pa-t, a telepítés szűknek számít.
3.2. A munkagázelegy összetétele
3.2.1. Munkagázelegyként adott adszorbált gázkoncentrációjú argon-hélium vagy nitrogén-hélium keveréket használnak. Vivőgázként szárított hidrogént lehet használni.
3.2.2. Az adszorbátum koncentrációját a gázkeverékben a vivőgáz és az adszorbeált gáz áramlásának aránya szabályozza. Ezen áramok sebességének arányából számítjuk ki az adszorbeált gáz parciális nyomását.
A gázkeverék összeállításának ez a módszere lehetővé teszi az adszorpciós gáz teljes adszorpciós és deszorpciós izotermiájának kiszámítását, valamint a fajlagos felület meghatározását a teljes adszorpciós és deszorpciós izotermákból (S. Brunauer, P. X. Emmett módszere és a BET módszere E. Teller).
3.2.3. A palackokban lévő gázkeverékek térfogati hányadban történő előzetes elkészítése megengedett:
adszorbeál 5-10%;
vivőgáz 90-95%.
A keveréket két vivőgázzal és adszorbátummal ellátott hengerből álló blokkon készítik, amelyeket réz- vagy sárgaréz cső köt össze, hollandi anyákkal és teflontömítéssel, valamint egy referencia manométerrel 16 MPa nyomásra.
A munkagázkeverékkel ellátott palackot üzembe helyezés előtt 10 napig öregíteni kell.
A keverék újbóli elkészítésekor a meglévő, 0,5-0,7 MPa üzemi gázkeverék maradéknyomású palackokat kell használni.
Ez a munkagázkeverék összeállítási módszere lehetővé teszi a fajlagos felület meghatározását egyetlen ponton.
3.3. Az optimális áramerősség kiválasztása
A detektor optimális áramerősségének megállapításához kontroll kísérleteket végzünk üres adszorberek 14 csatlakoztatásával. A berendezés munkakeverékkel történő fújásának sebességét (50±5) cm/perc-re állítjuk be. 5 perccel az öblítés után feszültséget kapcsolunk a detektorra úgy, hogy az áramerősséget az ampermérővel 50 mA-re állítjuk.
A detektor jelének hőmérséklete és hővezető képessége szerinti kimenete 30-40 percen belül stabilizálódik, miután a készüléket a hálózatra csatlakoztatták és a gázt a katarométer celláin átvezették. A stabilizáció folyamatát egy potenciométer figyeli.
Miután a nulla vonal megállapításra került a potenciométer diagram szalagján, az adszorbereket egymás után folyékony nitrogénnel Dewar edényekbe merítjük, és feljegyezzük a nulla vonal rezgéseit. Amikor a felvevő tollat az utolsó adszorberben visszahelyezik eredeti helyzetébe, a Dewar-edényt egy (20 ± 5) °C hőmérsékletű vízzel töltött tartályra cserélik a deszorpció felgyorsítása érdekében. Ezt a műveletet minden adszorbernél megismételjük.
A nulla vonaltól való eltérést, amikor az adszorbereket folyékony nitrogénbe és vízbe merítik, 10-20 mA-ként rögzítjük, a detektor erősségét 50-ről 100 mA-re változtatva.
Optimális az áramerősség maximális értéke, amelynél a nulla vonal ingadozása nem haladja meg a potenciométer skálájának 30%-át.
Az érzékelő érzékenységét 5 V-os tápfeszültség biztosítja, amelynek működése során állandónak kell lennie.
3.4. Adagolócsap kalibrálása
A berendezésnek 0,1 kapacitású adagolószelep-készlettel kell rendelkeznie; 0,5 és 2,5 cm.
Az adagolószelepek kalibrálása bármely ismert módszerrel legalább évente egyszer megengedett. A térfogatok adagolt kapacitásának adszorpciós súly módszerrel történő hitelesítési módja az uralkodó.
A legegyszerűbb, de kevésbé pontos a kromatográfiás impulzusos módszer orvosi fecskendővel. A működő gázkeverék vagy hordozó áramlási sebessége az adagolószelepek ellenőrzésekor (50 ± 1) cm / perc legyen. Bemelegítés és a potenciométer szalagon nulla vonal létrehozása után orvosi fecskendővel adszorbeált gázt fecskendeznek be a gázáramba, az adagolócsap kalibrált térfogatának megfelelően. A fejlődő csúcsokat a potenciométer és az integrátor rögzíti. A minta bevezetésének műveletét 10-szer megismételjük.
Ezután az adagolószelep kalibrált kapacitásával gázadszorbátum mintát vezetünk be. Ehhez a munkagáz-keverék és az adszorbeált gáz áramlásának bekapcsolásával az adagolószelepet el kell forgatni úgy, hogy az adagolószelepben lévő adszorbeált gáz térfogatát a munkagázelegy felfogja és a detektorba táplálja. A mért értékeket potenciométer és integrátor rögzíti. A minta adagolódaruval történő bevezetésének műveletét 10-szer megismételjük.
A párhuzamos mérések megengedett eltérései nem haladhatják meg a 3%-ot.
Az adagolószelepek () köbcentiméterben mért kalibrált kapacitását normál körülményekre csökkentve a képlet számítja ki
ahol a fecskendővel befecskendezett adszorbált gázminta térfogata, cm;
A fejlődő csúcs átlagos területe, amelyet az integrátor mért gázadszorbeált minta adagolócsap segítségével történő bevezetésével, cm;
- légnyomás, Pa;
- a fejlődő csúcs átlagos területe, amelyet adszorbeált gázminta fecskendővel történő bevezetésével rögzítenek, cm;
- levegő hőmérséklet a helyiségben, °С;
- normál nyomás,
3.5. Az adszorbált gáz (nitrogén vagy argon) koncentrációjának meghatározása a munkagázelegyben
Gázkeverő egység hiányában az adszorbált gáz koncentrációját munkagázkeverékkel ellátott palackokban vagy egy előre kalibrált katarométer leolvasása alapján, frontális módszerrel ellenőrzik. Ebben az esetben lehetővé kell tenni a vivőgázzal és gázkeverékkel ellátott palackok független csatlakoztatását egy háromutas szelep segítségével a hővezetőképesség-érzékelő cellákhoz.
Az analízis elvégzéséhez vivőgázáramot vezetnek át a hővezetőképesség-detektor mérő- és összehasonlító celláin, amíg a detektor leolvasása stabilizálódik. A nulla vonal felállítása után a potenciométer mérőcellájában a vivőgázáramot a munkagázkeverék áramlása váltja fel. Ebben az esetben a rögzítő tolla egy távolságra eltér a nulla pozíciótól, és kiír egy, a nulla 1-gyel párhuzamos sort.
Az adszorbált gáz térfogati hányadát () százalékban a képlet alapján számítjuk ki
ahol a detektor kalibrációs együtthatója cm, a képlettel számolva
Távolság a diagramrögzítő szalag elülső és nulla vonalai között, cm;
- a diagramszalag sebessége, cm/perc;
- a munkagázelegy térfogati sebessége, cm/perc;
- az adagolószelep kalibrált térfogata, cm;
- a kifejlődési csúcs átlagos területe, amelyet az integrátor rögzített a gázadszorbeált minta adagolócsappal történő bevezetése során, cm
3.6. Adszorberek előkészítése
Az adszorbereket alaposan megmossuk és szárítószekrényben (200 ± 20) °C hőmérsékleten szárítjuk. Ezután legfeljebb 0,0002 g hibával lemérjük, a mintát betöltjük és újra lemérjük a minta tömegének meghatározásához. Az adszorbereket olyan kapacitásban választják ki, hogy a minta felett minimális szabad tér maradjon a gázkeverék áthaladásához. Fajlagos felületek meghatározásakor 1 m/g-ig ajánlatos az adszorberekben lévő gázkeveréket porszemcsés rétegen átvezetni. A por beszivárgásának elkerülése érdekében pamut törlőkendőket biztosítunk.
3.7. A detektor előkészítése a mérésekhez és a minta gáztalanítása
3.7.1. A detektor előkészítése és a minta gáztalanítása egyszerre történik.
A detektor elkészítéséhez a gázkeverő egységből származó munkagázkeveréket (50 ± 1) cm/perc sebességgel a 7 csapdán (1., 2. ábra) vezetik át, folyékony nitrogénnel, hat adszorberrel lehűtik az összehasonlítóba. és a detektor mérőcellái 8.
5 perccel az öblítés megkezdése után feszültséget kapcsolunk az érzékelőre, beállítva az optimális áramerősséget vagy feszültséget. A detektort 30 percig melegítjük a munkagázelegyben. 15 perccel a bemelegítés vége előtt a potenciométer és az integrátor bekapcsol.
Az érzékelő üzemkész állapotát a nulla vonal stabilitása ellenőrzi, amelyet a potenciométer rögzítő tollal egy diagramszalagra rögzítenek.
3.7.2. A minták gáztalanítását úgy végezzük, hogy a 14 adszorbereket 40-50 percig működő gázkeverékkel átöblítjük. Az áramlási sebességet egy 12 áramlásmérő szabályozza. Az adszorberek alá 15 termosztátot helyezünk, és a hőmérsékletet a por hőstabilitása figyelembevételével állítjuk be, de legfeljebb 400 °C-ra. A gáztalanítás végén a rögzítő tolla a nulla vonalra megy, és a mintákat (20 ± 5) °C hőmérsékletre hűtik.
4. MÉRÉSEK
4.1. Az adszorbereket felváltva, az első gáztól kezdve, folyékony nitrogénnel Dewar edényekbe merítjük. Annak érdekében, hogy elkerüljük a levegő szivárgását a gázkivezető vezetéken keresztül, az adszorberek emelésére szolgáló automatikus berendezés hiányában azokat olyan sebességgel kell folyékony nitrogénbe meríteni, hogy a 12 áramlásmérőben lévő film csak felfelé mozogjon. Adszorbeálva a potenciométer rögzítő tolla eltér a nulla vonaltól. Az adszorbereket folyékony nitrogénben tartjuk, amíg a potenciométer felvevő tolla vissza nem tér a nulla vonalra, azaz. az adszorpciós egyensúly létrejöttéig (15-30 perc, az adszorbens gáztól függően).
4.2. A gázáram mentén az utolsó adszorbert folyékony nitrogénnel eltávolítjuk a Dewar-edényből, és egy vízzel töltött edénybe merítjük. Az edényben lévő víz hőmérsékletének (20 ± 5) °C-nak kell lennie.
A deszorpció során a felvevő tolla kiírja a deszorpciós csúcsot a potenciométer diagram szalagjára, és az integrátor ennek a csúcsnak a területével arányos számokat jelenít meg.
A deszorpciós méréseket az összes többi mintánál egymás után végezzük.
4.3. A gázadszorbátum mintáját adagolószelep vezeti be a rendszerbe. Ugyanakkor a számok rögzítésre kerülnek a potenciométer diagramszalagján, és megjelennek az integrátoron, a fejlődő csúcs területének megfelelően, az adagolószelep () kalibrált kapacitásától függően. A fajlagos felület kiszámításakor a kalibrált kapacitást veszik figyelembe, amelynek területe közelebb van ahhoz a területhez, amelyet az adszorbeált gáz deszorpciója során rögzítettek a mért porminták felületéről.
4.4. Egy anyag fajlagos felületének BET-módszerrel történő meghatározásához a 4.1. és 4.2. bekezdés szerinti mérést meg kell ismételni a munkagázkeverékben lévő adszorbált gáz három-öt különböző koncentrációján belül: 3-5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25%. Az adszorbeált gáz koncentrációját a munkagázkeverékben a keverőegység szabályozza az adszorbeált gáz és a vivőgáz térfogatáramának aránya szerint.
A fajlagos felületet egy porózus vagy diszpergált test teljes felületének adott közegben a térfogatához vagy tömegéhez viszonyított arányában fejezzük ki. A fajlagos felület arányos a diszpergált fázis diszperzitásával, vagy ami megegyezik, fordítottan arányos a diszpergált fázis részecskeméretével.
Fajlagos felületi érték
Az adszorbensek abszorpciós képessége, a szilárd katalizátorok hatékonysága és a szűrőanyagok tulajdonságai a fajlagos felülettől függ. Az aktív szén fajlagos felülete 500-1500, a szilikagélek - legfeljebb 800, a makropórusos ioncserélő gyanták - legfeljebb 70, és a gáz-folyadék kromatográfiás diatomit hordozók - kevesebb, mint 10 m 2 /g. A fajlagos felület jellemzi a porított anyagok diszperzióját: ásványi kötőanyagok, töltőanyagok, pigmentek, porított tüzelőanyag stb. Fajlagos felületük értéke általában tizedtől több tíz m 2 /g-ig terjed. A fajlagos felület mért értéke a szorbeált molekulák méretétől függ. Ugyanennek az anyagnak a nagy molekulák szorpciója során kisebb a fajlagos felülete, míg a kismolekulák szorpciója során nagyobb fajlagos felülettel rendelkezik. Nagy molekulák esetében úgy tűnik, hogy a kis pórusok felülete, a kis molekulák szorpciójával mérve, nem létezik. Ezért a fajlagos felület mellett a porózus testek fontos jellemzője a pórusfelület eloszlása a pórussugarak között (a pórusok sugarak szerinti eloszlása).
Fajlagos felület meghatározása
A fajlagos felületet leggyakrabban az anyag által adszorbeált inert gáz mennyisége, valamint a por vagy porózus anyagréteg légáteresztő képessége határozza meg. Az adszorpciós módszerek adják a legmegbízhatóbb adatokat.
A porított anyagok fajlagos felületének meghatározására a legszélesebb körben használt módszerek a légáteresztő képességük vagy a különböző gázokkal szembeni adszorpciós kapacitásuk értékelésén alapulnak.
Légáteresztő módszer azon a hatáson alapul, hogy a levegőt légköri nyomáson egy bizonyos vastagságú porrétegen keresztül szűrik. A fajlagos felület meghatározásához ezzel a módszerrel különféle kialakítású eszközöket használnak, például PSH-2-t. ábrán látható a PSKh-2 eszköz sematikus diagramja. 5. Árokban található 1 a perforált válaszfalat egy kör szűrőpapírral lefedjük és a küvettát megtöltjük a vizsgálandó por mintájával, amelyet műszaki mérleggel 0,01 g pontossággal lemérünk A port egy második kör szűrőpapírral, dugattyúval tömörítve 2. A tömörített porréteg vastagságát a dugattyú kiálló hengeres részére szerelt nóniuszrúddal és a küvetta külső felületén milliméteres skálával mérjük. A dugattyút eltávolítjuk, a 4-es csapot kinyitjuk, és egy gumiburával 5 vákuum jön létre a vizsgált anyag rétege alatt, amely elegendő a nyomásmérőt megtöltő színes víz felemeléséhez 3, a manométer felső kiterjesztett részébe. Ezután zárja el a csapot 4 és stopperóra segítségével határozza meg a folyadék meniszkuszának áthaladásának idejét a manométer csövének 1-2 vagy 3-4 vezérlőkockái között. Legalább három párhuzamos mérést kell végezni, és a további számításokhoz a folyékony meniszkusz áthaladási idejének átlagos értéke a megfelelő jelpárok között: „felső” (1–2) vagy „alsó” (3–4) használt.
Finomszemcsés anyagok vizsgálatakor a folyadék meniszkusza nagyon lassan ereszkedik le a manométercsőben, és a felső pár bemetszés a mérési idő lerövidítésére szolgál. A durva szemcsés anyagok vizsgálatakor a mérőeszközben lévő folyadék kezdetben olyan gyorsan ereszkedik le, hogy nehéz pontosan megmérni azt az időt, amely alatt a meniszkusz áthalad a felső jelek között; ebben az esetben használja az alsó pár hornyot.
A vizsgálandó por kimért része g, g képlettel meghatározva
ahol ρ a vizsgált anyag sűrűsége, g/cm 3 .
Specifikus felület S, cm 2 /g, képlettel számolva
ahol K– műszerállandó (az alsó és felső réspárok K értékei a műszertanúsítványban vannak megadva); M - együttható a vizsgált anyagréteg vastagságától függően Lés a levegő hőmérséklete mérés közben (értékek M referencia adat); τ - az az idő, amely alatt a folyadék meniszkusza a megfelelő kockázatok közé esik; g- minta a vizsgált porból, g.
A légáteresztő módszer előnye a használt műszerek egyszerűsége és a rövid vizsgálati idő, ami különösen kényelmessé teszi például a finomcsiszolási folyamat on-line vezérlését. Az ezzel a módszerrel mért fajlagos felület értékei azonban jelentősen függnek a vizsgált porok tömörítési fokától, ami gyakorlatilag kizárja annak lehetőségét, hogy finoman diszpergált porok fajlagos felületének meghatározására használjuk. gyakran higroszkópos és nagyon hajlamos a részecskeaggregációra. A gyakorlatban a légáteresztő-módszert általában olyan porított anyagok vizsgálatára használják, amelyek fajlagos felülete nem haladja meg az 5000-7000 cm 2 /g-t (0,5-0,7 m 2 /g).
adszorpciós módszerek 0,5-1000 m 2 /g fajlagos felületű, erősen diszpergált porok vizsgálatára szolgál. Ha egy szilárd testet, például szenet egy bizonyos nyomáson gázzal vagy gőzzel töltött zárt térbe helyezünk, a szilárd test elkezdi adszorbeálni a gázt, és tömege nő, miközben a gáz nyomása csökken. Egy idő után a nyomás állandóvá válik, és a testsúly megáll. Az ideális gázok törvényei alapján, ha ismert az edény és a szilárd anyag térfogata, akkor a nyomáscsökkenés alapján kiszámítható a telített adszorpciós monomolekula kialakulásához szükséges gáz (vagy gőz) mennyisége. réteg az anyagrészecskék felületén A m. Méret szerint A més az ilyen rétegben egy adszorpciós gázmolekula által elfoglalt területből kiszámítható a vizsgált anyag fajlagos felülete.
az érték A m mólban S. Brunauer, P. X. Emmett és E. Teller adszorpciós izoterma egyenlete alapján számítják ki (BET egyenlet), amelynek lineáris alakja van
ahol A m az egyensúlyi nyomáson adszorbeált gáz mennyisége R, lepkék; Ps a telített gáz gőzeinek nyomása a kísérlet hőmérsékletén; TÓL TŐL - energia állandó.
A BET egyenlet az értéktartományban érvényes P/Ps 0,05-től 0,35-ig.
Koordinátákban "P / A (P s -P) - P / P s" a fenti képlet szerinti adszorpciós izotermát egy egyenes jelöli, amelynek meredeksége egyenlő ( C–1)/(A m ∙C), és az y tengelyen levágott szakasz egyenlő 1/(A m ∙ C). Miután meghatározta az értéket A m különböző értékeken P, megszerezze az adszorpciós izoterma felépítéséhez és ennek megfelelően az érték meghatározásához szükséges adatokat A m.
A méréseket olyan műszerekkel végezzük, amelyek leggyakrabban forráspontján (78 K) nitrogén adszorpciót alkalmaznak. A minta tömege a várható fajlagos felülettől függően 0,03 és 0,15 g között változik, minél nagyobb a felület, annál kisebb a tömeg. Az adszorpciós izoterma mérése előtt minden korábban fizikailag adszorbeált anyagot eltávolítanak az adszorbens felületéről. Ezt a legjobban nagyvákuum alatti szivattyúzással érhetjük el. A fizikailag adszorbeált anyagoknak a legszűkebb pórusokból történő teljes eltávolításához (mikroporózus adszorbensek) 350-400 o C hőmérsékleten kell kiszivattyúzni.
A fajlagos felület mérése folyékony nitrogén hőmérsékletű gáznemű nitrogén betáplálásával történik. A minta fajlagos felületét a minta tömege, a mérőcella térfogata a mintával és anélkül, valamint a minta által adszorbeált gáz mennyisége alapján számítjuk ki.
Az adszorpciós módszerrel kapott eredmények adják a legteljesebb képet a vizsgált anyagok fajlagos felületének valódi értékéről, mivel ezek (ellentétben a pl. légáteresztő módszerrel kapott eredményekkel) nemcsak a a részecskék „külső” felülete, de a részecskék belső porozitása által kialakított felület is. Nyilvánvaló, hogy az anyagok fajlagos felületének értékeinek összehasonlítását csak akkor lehet elvégezni, ha azokat azonos módszerrel mérik.
A részecskék alakjának meghatározására léteznek közvetlen és közvetett módszerek. A közvetlen módszerek a következők: optikai mikroszkópia (1. ábra) és elektronmikroszkópia (2. ábra).
1. kép– Optikai mikroszkópból nyert képek
2. ábra– Elektronmikroszkópból nyert képek
A közvetett módszerek közé tartoznak a fényszórási módszerek és a reológiai mérések.
Fényszórási módszer monodiszperz porok részecskéinek alakjának és méretének értékelésére használják. Polidiszperz rendszerek esetén előzetes frakcionálás szükséges. A részecskék alakjának fényszórási módszerrel történő meghatározása az adott hullámhosszú szórt fény intenzitásával, a szórt fény spektrumának becslésével, vagy a szórt fény adott hullámhosszon való polarizálhatóságával történik. A kolloid részecskék alakja ultramikroszkóp segítségével fényszórási módszerekkel határozható meg. Ha a részecskék aszimmetrikusak, akkor változó fényességgel rendelkeznek. A gömb alakú részecskék állandó fényességgel rendelkeznek.
Reológiai módszer
A szemcsék alakjának meghatározása azon alapul, hogy a híg aggregátum-stabil diszperz rendszerek nem alkotnak szerkezetet, ezért reológiai tulajdonságaik közel állnak a diszperziós közegéhez vagy ahhoz hasonlóak. Ezeknek a rendszereknek a viszkozitásának a diszpergált fázis koncentrációjától való függése lineáris, és az Einstein-egyenlet írja le:
(1)
ahol η 0 a diszperziós közeg viszkozitása; φ f a diszpergált fázis térfogathányada; α a részecske alaktényezője.
Függőségek η
=f(φ
f ) határozza meg az együttható értékét α
és vonjon le következtetést a részecskék alakjáról (3. ábra)
.
3. ábra– A részecskék alakjának meghatározása az Einstein-féle viszkozitási egyenlet alapján
Az 1. táblázat a szemcsealak főbb paramétereit mutatja be.
Asztal 1– Alapvető szemcsealak paraméterek
A fajlagos felület meghatározásához adszorpciós és kinetikai módszereket alkalmaznak. adszorpciós módszerek
a felületen adszorbeált anyag térfogatának vagy tömegének meghatározásán alapulnak, és monomolekuláris réteget képeznek. Adszorbátumként gázokat, folyadékokat és szilárd anyagokat használnak. A gázadszorpciós módszert és a felületaktív anyagok oldatokból történő adszorpciós módszerét használják legszélesebb körben. A tesztadatok feldolgozása a BET elmélet szerint történik.
Kinetikai módszerek
a levegő vagy gázok porrétegen keresztül történő szűrésével szembeni ellenállás mérésén alapulnak. A szűrést légköri nyomáson vagy vákuumban végezzük.
– Egorova, E.V. Felületi jelenségek és diszperz rendszerek: tankönyv. pótlék / E.V. Egorova, Yu.V. Polenov // Ivan. állami kémiai-technológiai un-t. - Ivanovo, 2008. - 84 p.
– Mikheeva, E.V. Felületi jelenségek és diszperz rendszerek. kolloid kémia. Példa- és feladatgyűjtemény / E.V. Mikheeva, N.P. Pikula, S.N. Karbainova // tankönyv XTF, FTF, EEF, IGND és IDO hallgatói számára. - Tomszk: TPU Kiadó, 2008. - 116 p.
"Belov, V. V. Tudományos, műszaki és oktatási problémák megoldásának számítógépes megvalósítása: tankönyv / V. V. Belov, I. V. Obraztsov, V. K. Ivanov, E. N. Konoplev // Tver: TvGTU, 2015 . 108 p."
A kőzetek fajlagos felületének (granulometrikus összetételük, porozitásuk és permeabilitásuk alapján) meghatározására a fenti módszereken túlmenően a következő módszerek állnak rendelkezésre ennek a paraméternek a becslésére: szűrés, amely a porózus, porózus, ritkított testen való áramlási ellenállás mérésén alapul. levegő; adszorpció, valamint a jelölt atomok módszere.
Módszerek porózus közegek fajlagos felületének meghatározására a Poiseuille-féle légáramlási mód alkalmazása alapján a vizsgált tárgyon keresztül [ti. az (1.35)-hez hasonló képletek alapján] csak a durvaszemcsés homogén közeg felületének hozzávetőleges becslésére alkalmazhatók, amelyekben a pórusok szélessége sokkal nagyobb, mint a levegőmolekulák átlagos szabad útja. Ebben az esetben nem szükséges figyelembe venni a gáz csúszását a pórusok falán. A finoman diszpergált porózus közegben a gáz mozgását nagyban megkönnyíti a molekulák a pórusok falán való csúszása, és a nagy fajlagos felületű közeg ellenállása a gázok áthaladásával szemben esetenként lényegesen kisebb, mint az (1.35) képletekkel számítottak, amelyek nem veszik figyelembe a gáz falak mentén történő csúszását. Ezért ebben az esetben lehetőség van egy olyan módszer alkalmazására, amely a Knudsen-rezsim során megritkult levegő porózus testén átáramló ellenállás mérésén alapul, amely inkább diffúziós jellegű. A Knudsen-rezsim akkor lép életbe, amikor a maximális pórusrés kisebb lesz, mint a gázmolekulák átlagos szabad útja. Ebben az esetben a molekulák ütközései megritkulnak (a pórusfalakat érő ütközésekhez képest). A moláris gázáramlási sebesség függését a fajlagos felülettől és egyéb paraméterektől az egyenlőség fejezi ki;
ahol SUD a minta fajlagos felülete, m2/m3; Q a x (m-ben) vastagságú porózus közeg keresztmetszetének 1 m2-én átáramló levegő kilomoljainak száma 1 másodpercen keresztül, nyomásesés mellett p (Pa-ban); M a relatív molekulatömeg; levegő, kg/kmol; R - univerzális gázállandó, J / (kmol - fok); T a kísérlet hőmérséklete, °C.
Speciális eszközöket terveztek a porózus testek fajlagos felületének meghatározására a Knudsen szűrési rendszer mérési eredményeiből.
A tározót alkotó kőzetek folyékony közeggel vannak feltöltve - vízzel és olajjal. A vízi környezet hatására a fajlagos felület (például agyagok és néhány más kőzet) változhat, és mérésének „száraz” módszerei nem mindig felelnek meg a kőzetek természetes körülmények közötti előfordulásának tényleges feltételeinek.
A porózus közeg fajlagos felületét vizes közegben általában a festékek adszorpciója vagy radioaktív nyomjelzők segítségével történő felületmérés határozza meg. A Syd ásványi anyagok felületét a porózus közegben elnyelt radioaktív nyomjelző molekulák számából és a radioaktív anyag kristályfelületén lévő atomonkénti területéből számítják ki:
ahol bm az anyag 1 g szilárd fázishoz kapcsolódó móljainak (atomjainak) száma; u egy adott anyag atomonkénti területe egy kristály felületén (értéke sok anyagnál ismert); N Avogadro száma.
Az oldatba merített anyag által abszorbeált radioaktív ion mennyiségét az oldatszűrlet aktivitásának csökkenése határozza meg, amely a jelzett atom szilárd fázis általi abszorpciója miatt következik be.
Az adszorpciós módszer különleges helyet foglal el a pontosságban, mivel a porózus közeg felületét olyan kis tárgyak mérik, mint az adszorbeált anyag molekulái, amelyek bevonják azokat.
Saját tulajdonú gépjármű. porózus környezet. A porózus közeg fajlagos felületét az adszorbeált anyag mennyiségéből (azaz molekuláinak számából) és az adott anyag atomonkénti területéből számítják ki.
A porózus közeg fajlagos felületének tanulmányozására szolgáló adszorpciós módszerek bonyolult berendezéseket és magasan képzett előadókat igényelnek. Ezért a laborban. Az olajtározó fizikája szerint ezt a kőzetfelületet általában szűrési módszerekkel becsülik meg.
F.I. mérési eredményei szerint Kotyakhova specifikus pov. magok 38 000 és 113 000 m2/m3 között változnak.