Metode untuk menentukan permukaan spesifik batuan. Penentuan permukaan spesifik Pemasangan untuk penentuan permukaan spesifik dengan metode unggun
GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)
Grup B59
STANDAR NEGARA PERSATUAN SSR
BUBUK LOGAM
Katalis dan pendukung. Penentuan luas permukaan spesifik
bubuk logam. Katalis dan pembawa.
Penentuan area tertentu
Tanggal perkenalan 1992-01-01
DATA INFORMASI
1. DIKEMBANGKAN DAN DIPERKENALKAN oleh Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Ukraina
PENGEMBANG
V.N.Klimenko, V.V.Skorokhod, A.E.Kushchevsky, I.V.Uvarova, L.D.Bernatskaya, T.F.Mozol
2. DISETUJUI DAN DIPERKENALKAN OLEH Keputusan Komite Negara Uni Soviet untuk Manajemen dan Standar Kualitas Produk tertanggal 27 Desember 1990 N 3376
3. Periode pemeriksaan 5 tahun
4. Standar sepenuhnya sesuai dengan ST SEV 6746-89
5. GANTI GOST 23401-78
6. REGULASI REFERENSI DAN DOKUMEN TEKNIS
Nomor barang, bagian |
|
Standar Internasional ini menetapkan metode untuk menentukan luas permukaan spesifik serbuk logam, katalis dan pembawa dari 0,05 hingga 1000 m/g dengan desorpsi termal gas (nitrogen atau argon).
Inti dari metode ini adalah untuk menentukan volume gas yang pertama kali teradsorpsi pada permukaan sampel yang dianalisis dari aliran campuran gas yang bekerja (nitrogen-helium atau argon-helium) pada suhu nitrogen cair, kemudian terdesorbsi darinya dengan meningkatnya suhu. dan perhitungan selanjutnya dari luas permukaan spesifik sampel.
1. METODE SAMPLING
1. METODE SAMPLING
1.1. Sampel diambil sesuai dengan GOST 23148*.
______________
GOST 23148-98
1.2. Massa sampel untuk uji determinasi sesuai tabel.
Berat sampel, g, tidak kurang dari | Permukaan sampel, m | Permukaan spesifik, m/g |
Dari 0,5 hingga 1,0 termasuk. | Dari 0,05 hingga 0,10 inklusif |
|
St.1.0 "2.0" | St.0.1 "1.0" |
|
Sebelum pengukuran, sampel dikeringkan dalam oven sampai berat konstan.
2. PERALATAN
Instalasi (Gbr. 1, 2) untuk menentukan luas permukaan spesifik terdiri dari 1 - silinder dengan helium; 2 - pengukur tekanan - menurut GOST 2405* (2 pcs.); 3 - pra-filter berpori (2 pcs.); 4 - unit pencampur gas; 5 - pengukur tekanan teladan untuk tekanan 0,1 MPa menurut GOST 6521; 6 - Bejana dewar menurut NTD dengan nitrogen cair menurut GOST 9293; 7 - perangkap dengan indikator gel silika menurut GOST 8984; 8 - sel komparatif dan pengukur detektor dengan konduktivitas termal; 9 - Potensiometer KSP-4 dengan batas pengukuran 0-10 mV dan waktu indikator melewati seluruh skala tidak lebih dari 1 detik menurut GOST 7164; 10 - pengintegrasi; 11 - stopcock (2 buah); 12 - flow meter yang dirancang untuk mendaftarkan laju aliran gas dari 0 hingga 55 cm/menit (2 pcs.); 13 - katup dosis; 14 - penyerap 6 (Gbr. 1) dan 12 (Gbr. 2) potongan; 15 - termostat yang menyediakan suhu hingga 400 °С; 16 - silinder dengan nitrogen atau argon merek A sesuai dengan GOST 10157; 17 - katup delapan arah.
______________
* Di wilayah Federasi Rusia, GOST 2405-88 berlaku. - Catatan pembuat basis data.
Sial.1. dengan aliran paralel campuran gas melalui sel detektor
Diagram instalasi untuk menentukan luas permukaan spesifik sampel
dengan aliran paralel campuran gas melalui sel detektor
Sial.2. Skema instalasi untuk menentukan luas permukaan spesifik sampel selama aliran berurutan dari aliran campuran gas melalui sel-sel detektor
Diagram instalasi untuk menentukan luas permukaan spesifik sampel
selama bagian berurutan dari aliran campuran gas melalui sel-sel detektor
Penyerap dengan sampel digabungkan menjadi blok A dan B (Gbr. 2). Di setiap blok, tergantung pada kapasitas pabrik yang dibutuhkan, bisa ada satu hingga enam penyerap.
Sensitivitas detektor harus dari 0,7·10 hingga 0,8·10 mV.
Timbangan laboratorium, memberikan kesalahan penimbangan tidak lebih dari 0,0002 g.
Termometer 3-A3 menurut GOST 8624.
Stopwatch menurut GOST 5072.
Kotak pengering menyediakan suhu (200±20) °C.
Barometer aneroid.
Jarum suntik medis injeksi dengan kapasitas 1 cm.
Helium dengan kemurnian tinggi menurut dokumentasi normatif dan teknis.
3. PERSIAPAN UNTUK PENGENDALIAN
3.1. Memeriksa instalasi untuk kebocoran
Di outlet gas dari instalasi, stopcock 11 ditutup, menciptakan tekanan berlebih 4 10 Pa dalam sistem, diukur dengan pengukur tekanan 5. Jika penurunan tekanan tidak melebihi 100 Pa dalam waktu 20 menit, instalasi dianggap ketat.
3.2. Komposisi campuran gas yang bekerja
3.2.1. Campuran argon-helium atau nitrogen-helium dengan konsentrasi gas adsorbat tertentu digunakan sebagai campuran gas kerja. Diperbolehkan menggunakan hidrogen kering sebagai gas pembawa.
3.2.2. Konsentrasi adsorbat dalam campuran gas dikendalikan oleh rasio aliran gas pembawa dan gas adsorbat. Dari rasio kecepatan aliran ini, tekanan parsial gas adsorbat dihitung.
Metode kompilasi campuran gas ini memungkinkan untuk menghitung total isoterm adsorpsi dan desorpsi gas adsorbat dan menentukan luas permukaan spesifik dari total isoterm adsorpsi dan desorpsi (metode S. Brunauer, P.X. Emmett dan metode BET dari E. Teller).
3.2.3. Persiapan awal campuran gas dalam silinder dalam fraksi volume diperbolehkan:
adsorbat dari 5 hingga 10%;
gas pembawa dari 90 hingga 95%.
Campuran disiapkan pada blok yang terdiri dari dua silinder dengan gas pembawa dan adsorbat, dihubungkan oleh tabung tembaga atau kuningan dengan mur serikat dengan gasket Teflon, dan manometer referensi untuk tekanan 16 MPa.
Silinder dengan campuran gas yang bekerja harus berumur 10 hari sebelum dioperasikan.
Saat menyiapkan kembali campuran, silinder yang ada dengan tekanan sisa dari campuran gas kerja 0,5-0,7 MPa harus digunakan.
Metode penyusunan campuran gas kerja ini akan memungkinkan penentuan luas permukaan spesifik pada satu titik.
3.3. Memilih kekuatan arus yang optimal
Untuk mencari kuat arus detektor yang optimal, dilakukan eksperimen kontrol dengan menghubungkan penyerap kosong 14. Kecepatan tiupan instalasi dengan campuran kerja diatur ke (50±5) cm/menit. 5 menit setelah pembersihan, tegangan diterapkan ke detektor dengan mengatur arus ke 50 mA menggunakan ammeter.
Suhu dan keluaran sinyal detektor dengan konduktivitas termal distabilkan dalam waktu 30-40 menit setelah perangkat terhubung ke jaringan dan gas dilewatkan melalui sel-sel katharometer. Proses stabilisasi dipantau oleh potensiometer.
Setelah garis nol terbentuk pada pita grafik potensiometer, penyerap direndam secara berurutan dalam bejana Dewar dengan nitrogen cair dan osilasi garis nol dicatat. Setelah mengembalikan pena perekam ke posisi semula di penyerap terakhir, bejana Dewar diganti dengan wadah berisi air pada suhu (20 ± 5) ° C untuk mempercepat desorpsi. Operasi ini diulang untuk setiap penyerap.
Penyimpangan dari garis nol ketika penyerap direndam dalam nitrogen cair dan air dicatat setiap 10-20 mA, mengubah kekuatan detektor dari 50 menjadi 100 mA.
Nilai maksimum kekuatan arus, di mana fluktuasi garis nol tidak lebih dari 30% dari skala potensiometer, adalah optimal.
Sensitivitas detektor disediakan oleh tegangan suplai 5 V, yang harus konstan selama operasinya.
3.4. Kalibrasi keran meteran
Instalasi harus memiliki satu set katup pengukur dengan kapasitas 0,1; 0,5 dan 2,5cm.
Kalibrasi katup pengukur diizinkan dengan metode apa pun yang diketahui setidaknya setahun sekali. Metode sertifikasi kapasitas takaran volume dengan metode berat adsorpsi adalah yang utama.
Yang paling sederhana, tetapi kurang akurat, adalah metode pulsa kromatografi menggunakan jarum suntik medis. Laju aliran campuran atau pembawa gas yang bekerja saat memeriksa katup dosis harus (50 ± 1) cm / mnt. Setelah memanaskan dan menetapkan garis nol pada pita potensiometer, volume gas-adsorbat disuntikkan ke dalam aliran gas dengan jarum suntik medis, sesuai dengan volume keran dosis yang dikalibrasi. Puncak yang berkembang dicatat pada potensiometer dan integrator. Operasi memasukkan sampel diulang 10 kali.
Selanjutnya, sampel gas-adsorbat dimasukkan dengan kapasitas katup dosis yang dikalibrasi. Untuk melakukan ini, dengan aliran campuran gas kerja dan gas adsorbat dihidupkan, katup pengukur diputar sehingga volume gas adsorbat di katup pengukur ditangkap oleh campuran gas kerja dan diumpankan ke detektor. Pembacaan dicatat oleh potensiometer dan integrator. Operasi memasukkan sampel dengan dosing crane diulang 10 kali.
Perbedaan yang diizinkan dari pengukuran paralel tidak boleh melebihi 3%.
Kapasitas terkalibrasi katup pengukur () dalam sentimeter kubik, dikurangi ke kondisi normal, dihitung dengan rumus
dimana volume sampel gas adsorbat yang disuntikkan dengan spuit, cm;
Area rata-rata dari puncak yang berkembang, dicatat oleh integrator selama pengenalan sampel gas-adsorbat dengan tap dosis, cm;
- tekanan barometrik, Pa;
- rata-rata area puncak yang berkembang, dicatat dengan memasukkan sampel gas adsorbat dengan jarum suntik, cm;
- suhu udara di dalam ruangan, °С;
- tekanan biasa,
3.5. Penentuan konsentrasi gas adsorbat (nitrogen atau argon) dalam campuran gas kerja
Dengan tidak adanya unit pencampur gas, konsentrasi gas adsorbat dalam silinder dengan campuran gas yang berfungsi diperiksa sesuai dengan pembacaan katharometer yang dikalibrasi sebelumnya menggunakan metode frontal. Dalam hal ini, harus dimungkinkan untuk menghubungkan silinder secara independen dengan gas pembawa dan campuran gas menggunakan katup tiga arah ke sel detektor konduktivitas termal.
Untuk melakukan analisis, aliran gas pembawa dilewatkan melalui sel pengukur dan komparatif dari detektor konduktivitas termal sampai pembacaan detektor stabil. Setelah menetapkan garis nol, aliran gas pembawa dalam sel pengukur potensiometer digantikan oleh aliran campuran gas yang bekerja. Dalam hal ini, pena perekam akan menyimpang dari posisi nol dengan jarak dan menulis garis sejajar dengan nol.
Fraksi volume gas adsorbat () sebagai persentase dihitung dengan rumus
di mana koefisien kalibrasi detektor, cm, dihitung dengan rumus
Jarak antara garis depan dan garis nol pada pita perekam grafik, cm;
- kecepatan pita grafik, cm/menit;
- kecepatan volumetrik campuran gas yang bekerja, cm/menit;
- volume katup dosis yang dikalibrasi, cm;
- area rata-rata dari puncak yang berkembang yang direkam oleh integrator selama pengenalan sampel gas-adsorbat dengan keran dosis, cm
3.6. Persiapan penyerap
Adsorben dicuci bersih dan dikeringkan dalam oven pada suhu (200 ± 20) °C. Kemudian ditimbang dengan kesalahan tidak lebih dari 0,0002 g, sampel dimuat dan ditimbang kembali untuk menentukan massa sampel. Penyerap dipilih dalam kapasitas sedemikian rupa sehingga ruang bebas minimum tetap berada di atas sampel untuk melewatkan campuran gas. Saat menentukan permukaan spesifik hingga 1 m/g, direkomendasikan untuk melewatkan campuran gas dalam penyerap melalui lapisan butiran bubuk. Untuk menghindari masuknya bedak, kapas disediakan.
3.7. Mempersiapkan detektor untuk pengukuran dan menghilangkan gas sampel
3.7.1. Operasi penyiapan detektor dan penghilangan gas sampel dilakukan secara bersamaan.
Untuk menyiapkan detektor, campuran gas yang bekerja dari unit pencampur gas dilewatkan dengan kecepatan (50 ± 1) cm/menit melalui perangkap 7 (Gbr. 1, 2), didinginkan dengan nitrogen cair, enam penyerap ke dalam dan sel pengukur detektor 8.
5 menit setelah dimulainya pembersihan, tegangan diterapkan ke detektor, mengatur arus atau tegangan optimal. Detektor dipanaskan dalam campuran gas kerja selama 30 menit. 15 menit sebelum akhir pemanasan, potensiometer dan integrator dihidupkan.
Kesiapan detektor untuk operasi diperiksa oleh stabilitas garis nol, yang direkam dengan pena perekam potensiometer pada pita grafik.
3.7.2. Degassing sampel dilakukan dengan membersihkan adsorber 14 dengan campuran gas yang bekerja selama 40-50 menit. Laju aliran dikendalikan oleh pengukur aliran 12. Sebuah termostat 15 ditempatkan di bawah penyerap dan suhu diatur dengan mempertimbangkan stabilitas termal bubuk, tetapi tidak lebih tinggi dari 400 °C. Pada akhir degassing, pena perekam menuju ke garis nol dan sampel didinginkan hingga suhu (20 ± 5) °C.
4. PENGUKURAN
4.1. Penyerap secara bergantian, dimulai dengan gas pertama ke arah, direndam dalam bejana Dewar dengan nitrogen cair. Untuk menghindari kebocoran udara melalui saluran keluar gas, dengan tidak adanya alat otomatis untuk mengangkat penyerap, penyerap harus direndam dalam nitrogen cair dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga film dalam pengukur aliran (12) hanya bergerak ke atas. Ketika teradsorpsi, pena perekam potensiometer menyimpang dari garis nol. Penyerap disimpan dalam nitrogen cair sampai pena perekam potensiometer kembali ke garis nol, yaitu. sampai kesetimbangan adsorpsi tercapai (15-30 menit, tergantung pada gas adsorben).
4.2. Penyerap terakhir di sepanjang aliran gas dikeluarkan dari bejana Dewar dengan nitrogen cair dan direndam dalam bejana berisi air. Suhu air di dalam bejana harus (20 ± 5) °C.
Selama desorpsi, pena perekam menuliskan puncak desorpsi pada pita grafik potensiometer, dan integrator menampilkan angka yang sebanding dengan luas puncak ini.
Pengukuran desorpsi dilakukan secara berurutan untuk semua sampel yang tersisa.
4.3. Sampel gas-adsorbat dimasukkan ke dalam sistem dengan katup dosis. Pada saat yang sama, angka dicatat pada pita grafik potensiometer dan muncul di integrator, sesuai dengan area puncak yang berkembang, tergantung pada kapasitas terkalibrasi katup pengukur (). Saat menghitung permukaan spesifik, kapasitas yang dikalibrasi diperhitungkan, area yang lebih dekat ke area yang direkam selama desorpsi gas adsorbat dari permukaan sampel bubuk yang diukur.
4.4. Untuk menentukan permukaan spesifik suatu zat dengan metode BET, pengukuran menurut paragraf 4.1 dan 4.2 harus diulang pada tiga sampai lima konsentrasi yang berbeda dari gas adsorbat dalam campuran gas kerja dalam: 3-5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25%. Konsentrasi gas adsorbat dalam campuran gas kerja dikendalikan oleh unit pencampuran sesuai dengan rasio laju aliran volumetrik dari gas adsorbat dan gas pembawa.
Permukaan spesifik dinyatakan sebagai rasio total permukaan benda berpori atau terdispersi dalam media tertentu dengan volume atau massanya. Permukaan spesifik sebanding dengan dispersi atau, yang sama, berbanding terbalik dengan ukuran partikel fase terdispersi.
Nilai permukaan spesifik
Kapasitas penyerapan adsorben, efisiensi katalis padat, dan sifat bahan filter tergantung pada luas permukaan spesifik. Luas permukaan spesifik karbon aktif adalah 500-1500, gel silika - hingga 800, resin penukar ion makropori - tidak lebih dari 70, dan pembawa diatomit untuk kromatografi gas-cair - kurang dari 10 m 2 /g. Permukaan spesifik mencirikan dispersi bahan bubuk: pengikat mineral, pengisi, pigmen, bahan bakar bubuk, dll. Nilai permukaan spesifiknya biasanya berkisar dari sepersepuluh hingga beberapa puluh m 2 /g. Nilai terukur dari permukaan spesifik tergantung pada ukuran molekul yang diserap. Zat yang sama selama penyerapan molekul besar memiliki luas permukaan spesifik yang lebih kecil, sedangkan selama penyerapan molekul kecil memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar. Untuk molekul besar, permukaan pori-pori kecil, diukur dengan penyerapan molekul kecil, tampaknya tidak ada. Oleh karena itu, selain luas permukaan spesifik, karakteristik penting dari badan berpori adalah distribusi permukaan pori di atas jari-jari pori (distribusi pori-pori di atas jari-jari).
Penentuan luas permukaan spesifik
Permukaan spesifik paling sering ditentukan oleh jumlah gas inert yang teradsorpsi oleh material dan oleh permeabilitas udara dari lapisan bubuk atau material berpori. Metode adsorpsi memberikan data yang paling dapat diandalkan.
Metode yang paling banyak digunakan untuk menentukan luas permukaan spesifik bahan bubuk didasarkan pada penilaian permeabilitas udara atau kapasitas adsorpsinya terhadap berbagai gas.
Metode permeabilitas udara didasarkan pada efek penyaringan udara melalui lapisan bubuk dengan ketebalan tertentu pada tekanan atmosfer. Untuk menentukan luas permukaan spesifik menggunakan metode ini, perangkat dari berbagai desain digunakan, misalnya, PSH-2. Diagram skema perangkat PSKh-2 ditunjukkan pada gambar. 5. Terletak di parit 1 sekat yang berlubang ditutup dengan kertas saring lingkaran dan kuvet diisi dengan sampel serbuk yang akan diuji, ditimbang dengan neraca teknis dengan ketelitian 0,01 g. Serbuk ditutup dengan kertas saring lingkaran kedua dan dipadatkan dengan plunger 2. Ketebalan lapisan serbuk yang dipadatkan diukur dengan menggunakan batang vernier yang dipasang pada bagian silinder yang menonjol dari plunger dan skala milimeter diterapkan pada permukaan luar kuvet. Plunger dilepas, keran 4 dibuka dan, dengan menggunakan bola karet, 5 ruang hampa dibuat di bawah lapisan bahan yang diuji, cukup untuk mengangkat air berwarna yang mengisi pengukur tekanan 3, ke bagian atas manometer yang diperpanjang. Kemudian tutup kran 4 dan dengan menggunakan stopwatch, tentukan waktu lewatnya meniskus cairan antara kendali resiko 1-2 atau 3-4 pada tabung manometer. Setidaknya tiga pengukuran paralel dilakukan, dan untuk perhitungan selanjutnya, nilai rata-rata waktu berlalu untuk meniskus cair antara pasangan tanda yang sesuai: "atas" (1–2) atau "bawah" (3–4) adalah digunakan.
Saat menguji bahan berbutir halus, meniskus cairan turun sangat lambat di tabung manometer, dan pasangan takik atas digunakan untuk mempersingkat waktu pengukuran. Saat menguji bahan berbutir kasar, cairan dalam pengukur awalnya turun begitu cepat sehingga sulit untuk mengukur secara akurat waktu yang dibutuhkan meniskus untuk melewati antara tanda atas; dalam hal ini, gunakan pasangan takik bawah.
Bagian yang ditimbang dari bubuk yang akan diuji g, g, ditentukan oleh rumus
di mana ρ adalah massa jenis bahan yang diuji, g/cm 3 .
Permukaan tertentu S, cm 2 /g, dihitung dengan rumus
di mana K– konstanta instrumen (nilai K untuk pasangan takik bawah dan atas diberikan dalam sertifikat instrumen); M - koefisien tergantung pada ketebalan lapisan bahan uji L dan suhu udara selama pengukuran (nilai M data referensi); τ - waktu di mana meniskus cairan jatuh di antara risiko yang sesuai; g- contoh serbuk yang diuji, g.
Keuntungan dari metode permeabilitas udara adalah kesederhanaan instrumen yang digunakan dan durasi pengujian yang singkat, yang membuatnya sangat nyaman, misalnya, untuk kontrol on-line dari proses penggilingan halus. Namun, nilai luas permukaan spesifik yang diukur dengan metode ini sangat bergantung pada tingkat pemadatan bubuk yang diuji, yang secara praktis mengecualikan kemungkinan menggunakannya untuk menentukan luas permukaan spesifik bubuk yang sangat tersebar, yang sering higroskopis dan sangat rentan terhadap agregasi partikel. Dalam praktiknya, metode permeabilitas udara biasanya digunakan untuk mempelajari bahan bubuk, yang luas permukaan spesifiknya tidak melebihi 5000–7000 cm 2 /g (0,5–0,7 m 2 /g).
metode adsorpsi digunakan untuk mempelajari serbuk yang sangat terdispersi dengan luas permukaan spesifik dari 0,5 hingga 1000 m 2 /g. Jika benda padat seperti batu bara ditempatkan dalam ruang tertutup yang berisi gas atau uap pada tekanan tertentu, benda padat mulai menyerap gas dan massanya meningkat, sedangkan tekanan gas berkurang. Setelah beberapa waktu, tekanan menjadi konstan, dan berat badan berhenti meningkat. Berdasarkan hukum gas ideal, jika volume wadah dan padatan diketahui, berdasarkan penurunan tekanan, dimungkinkan untuk menghitung jumlah gas (atau uap) yang diperlukan untuk pembentukan monomolekul adsorpsi jenuh. lapisan pada permukaan partikel material Saya. Berdasarkan ukuran Saya dan dari area yang ditempati dalam lapisan seperti itu oleh satu molekul gas adsorpsi, seseorang dapat menghitung luas permukaan spesifik dari bahan yang diteliti.
nilai Saya dalam mol dihitung menurut persamaan isoterm adsorpsi S. Brunauer, P. X. Emmett dan E. Teller (persamaan BET), yang memiliki bentuk linier
di mana Saya adalah jumlah gas yang teradsorpsi pada tekanan kesetimbangan R, ngengat; Ps adalah tekanan uap gas jenuh pada suhu percobaan; DARI - energi konstan.
Persamaan BET valid dalam rentang nilai P/Ps dari 0,05 hingga 0,35.
Dalam koordinat "P / A (P s -P) - P / P s" isoterm adsorpsi menurut rumus di atas digambarkan dengan garis lurus yang kemiringannya sama dengan ( C–1)/(A m C), dan segmen yang terpotong pada sumbu y sama dengan 1/(A m C). Setelah menentukan nilainya Saya pada nilai yang berbeda P, dapatkan data yang diperlukan untuk membangun isoterm adsorpsi dan, karenanya, untuk menentukan nilai Saya.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan instrumen yang paling sering menggunakan adsorpsi nitrogen pada titik didihnya (78 K). Berat sampel diambil tergantung pada permukaan spesifik yang diharapkan dan bervariasi dari 0,03 hingga 0,15 g. Semakin besar permukaan, semakin kecil bobotnya. Sebelum mengukur isoterm adsorpsi, semua zat yang sebelumnya teradsorpsi secara fisik dihilangkan dari permukaan adsorben. Ini paling baik dicapai dengan memompa di bawah vakum tinggi. Untuk penghilangan lengkap zat yang teradsorpsi secara fisik dari pori-pori tersempit (penyerap mikropori), perlu dipompa keluar pada suhu 350–400 o C.
Pengukuran permukaan spesifik dilakukan dengan pasokan nitrogen gas pada suhu nitrogen cair. Permukaan spesifik sampel dihitung berdasarkan massa sampel, volume sel pengukur dengan dan tanpa sampel, dan jumlah gas yang teradsorpsi oleh sampel.
Hasil yang diperoleh dengan metode adsorpsi memberikan gambaran paling lengkap tentang nilai sebenarnya dari luas permukaan spesifik bahan yang diteliti, karena mereka (tidak seperti hasil yang diperoleh, misalnya, dengan metode permeabilitas udara) tidak hanya memperbaiki permukaan "eksternal" partikel, tetapi juga permukaan yang dibentuk oleh porositas internal partikel. . Jelas, perbandingan nilai luas permukaan spesifik bahan hanya dapat dilakukan jika diukur dengan metode yang sama.
Ada metode langsung dan tidak langsung untuk menentukan bentuk partikel. Metode langsung meliputi: mikroskop optik (Gambar 1) dan mikroskop elektron (Gambar 2).
Gambar 1– Gambar diperoleh dari mikroskop optik
Gambar 2– Gambar yang diperoleh dari mikroskop elektron
Metode tidak langsung meliputi: metode hamburan cahaya dan pengukuran reologi.
Metode hamburan cahaya digunakan untuk mengevaluasi bentuk dan ukuran partikel serbuk monodispersi. Untuk sistem polidispersi, fraksinasi awal diperlukan. Penentuan bentuk partikel dengan metode hamburan cahaya dilakukan dengan intensitas cahaya yang dihamburkan pada panjang gelombang tertentu, dengan memperkirakan spektrum cahaya yang dihamburkan, atau dengan polarisasi cahaya yang dihamburkan pada panjang gelombang tertentu. Bentuk partikel koloid dapat ditentukan dengan metode hamburan cahaya menggunakan ultramikroskop. Jika partikelnya asimetris, maka mereka memiliki kecerahan yang bervariasi. Partikel bola memiliki kecerahan konstan.
Metode reologi
penentuan bentuk partikel didasarkan pada kenyataan bahwa sistem dispersi stabil agregat encer tidak membentuk struktur, dan oleh karena itu sifat reologinya mendekati atau mirip dengan medium pendispersi. Ketergantungan viskositas sistem ini pada konsentrasi fase terdispersi adalah linier dan dijelaskan oleh persamaan Einstein:
(1)
di mana η 0 adalah viskositas media dispersi; φ f adalah fraksi volume fase terdispersi; α adalah faktor bentuk partikel.
Ketergantungan η
=f(φ
f ) tentukan nilai koefisiennya α
dan menarik kesimpulan tentang bentuk partikel (Gambar 3)
.
Gambar 3– Untuk menentukan bentuk partikel menurut persamaan viskositas Einstein
Tabel 1 menyajikan parameter utama dari bentuk partikel.
Tabel 1– Parameter bentuk partikel dasar
Untuk menentukan permukaan spesifik, metode adsorpsi dan kinetik digunakan. metode adsorpsi
didasarkan pada penentuan volume atau massa suatu zat yang teradsorpsi pada permukaan dan membentuk lapisan monomolekuler. Gas, cairan dan padatan digunakan sebagai adsorbat. Metode adsorpsi gas dan metode adsorpsi surfaktan dari larutan paling banyak digunakan. Data uji diproses menurut teori BET.
Metode kinetik
didasarkan pada pengukuran ketahanan terhadap penyaringan udara atau gas melalui lapisan bubuk. Filtrasi dilakukan pada tekanan atmosfer atau di bawah vakum.
– Egorova, E.V. Fenomena permukaan dan sistem dispersi: buku teks. tunjangan / E.V. Egorova, Yu.V. Polenov // Ivan. teknologi kimia negara un-t.- Ivanovo, 2008. - 84 hal.
– Mikheeva, E.V. Fenomena permukaan dan sistem dispersi. kimia koloid. Kumpulan contoh dan tugas / E.V. Mikheeva, N.P. Pikula, S.N. Karbainova // buku teks untuk siswa XTF, FTF, EEF, IGND dan IDO. - Tomsk: TPU Publishing House, 2008. - 116 hal.
"Belov, V.V. Implementasi komputer untuk memecahkan masalah ilmiah, teknis, dan pendidikan: buku teks / V.V. Belov, I.V. Obraztsov, V.K. Ivanov, E.N. Konoplev // Tver: TvGTU, 2015 . 108 hal."
Selain metode di atas untuk menentukan permukaan spesifik batuan (berdasarkan komposisi granulometriknya, berdasarkan porositas dan permeabilitas), ada metode berikut untuk memperkirakan parameter ini: filtrasi, berdasarkan pengukuran resistensi aliran melalui tubuh berpori yang dijernihkan. udara; adsorpsi, serta metode atom berlabel.
Metode untuk menentukan permukaan spesifik media berpori berdasarkan penggunaan mode Poiseuille aliran udara melalui objek studi [yaitu. berdasarkan penggunaan rumus seperti (1.35)] hanya berlaku untuk perkiraan perkiraan permukaan media homogen berbutir kasar, lebar pori-pori di mana jauh lebih besar daripada jalur bebas rata-rata molekul udara. Dalam hal ini, tidak perlu memperhitungkan geseran gas di sepanjang dinding pori-pori. Pergerakan gas dalam media berpori yang terdispersi halus sangat difasilitasi oleh geseran molekul di sepanjang dinding pori-pori, dan resistensi media dengan luas permukaan spesifik yang tinggi terhadap aliran gas melaluinya kadang-kadang jauh lebih kecil daripada yang dihitung dengan rumus seperti (1,35), yang tidak memperhitungkan geseran gas di sepanjang dinding. Oleh karena itu, dalam hal ini, dimungkinkan untuk menggunakan metode yang didasarkan pada pengukuran resistensi untuk mengalir melalui badan berpori dari udara yang dijernihkan dalam rezim Knudsen, yang lebih bersifat difusi. Rezim Knudsen terjadi ketika celah pori maksimum menjadi kurang dari jalur bebas rata-rata molekul gas. Dalam hal ini, tumbukan molekul satu sama lain menjadi jarang (dibandingkan dengan tumbukan pada dinding pori). Ketergantungan laju aliran gas molar pada luas permukaan spesifik dan parameter lainnya dinyatakan dengan persamaan;
di mana SUD adalah permukaan spesifik sampel, m2/m3; Q adalah jumlah kilomol udara yang mengalir melalui 1 m2 penampang media berpori dengan ketebalan x (dalam m) selama 1 detik pada penurunan tekanan? p (dalam Pa); M adalah berat molekul relatif; udara, kg/kmol; R - konstanta gas universal, J / (kmol - derajat); T adalah suhu percobaan, °C.
Perangkat khusus telah dirancang untuk menentukan permukaan spesifik benda berpori dari hasil pengukuran rezim filtrasi Knudsen.
Batuan yang membentuk reservoir diisi dengan media cair - air dan minyak. Permukaan spesifik (misalnya, tanah liat dan beberapa batuan lainnya) di bawah pengaruh lingkungan akuatik dapat berubah, dan metode pengukuran "kering" tidak selalu sesuai dengan kondisi aktual terjadinya batuan dalam kondisi alami.
Luas permukaan spesifik media berpori dalam media berair biasanya ditentukan oleh adsorpsi pewarna atau dengan pengukuran permukaan menggunakan pelacak radioaktif. Dalam hal ini, luas permukaan mineral Syd dihitung dari jumlah molekul pelacak radioaktif yang diserap oleh media berpori dan dari luas per atom zat radioaktif ini pada permukaan kristal:
di mana bm adalah jumlah mol (atom) zat yang terkait dengan 1 g fase padat; u adalah luas per atom zat tertentu pada permukaan kristal (nilainya diketahui untuk banyak zat); N adalah bilangan Avogadro.
Jumlah ion radioaktif yang diserap oleh suatu zat ketika direndam dalam larutan ditentukan oleh penurunan aktivitas filtrat larutan karena penyerapan atom berlabel oleh fase padat.
Metode adsorpsi menempati tempat khusus dalam akurasi karena fakta bahwa permukaan media berpori diukur oleh benda-benda kecil seperti molekul zat yang teradsorpsi, yang melapisinya.
Pov. lingkungan berpori. Luas permukaan spesifik media berpori dihitung dari jumlah zat yang teradsorpsi (yaitu, dari jumlah molekulnya) dan luas per atom zat yang diberikan.
Metode adsorpsi untuk mempelajari luas permukaan spesifik media berpori membutuhkan peralatan yang kompleks dan pemain yang sangat terampil. Oleh karena itu, di laboratorium. fisika reservoir minyak, permukaan batuan ini biasanya diperkirakan dengan metode filtrasi.
Menurut hasil pengukuran oleh F.I. Pov khusus Kotyakhova. core bervariasi dari 38.000 hingga 113.000 m2/m3.