Методы определения формы и удельной поверхности частиц. Методы определения удельной поверхности горных пород Радиационно химические методы измерения удельной поверхности
ГОСТ 23401-90
(СТ СЭВ 6746-89)
Группа В59
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ПОРОШКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
Катализаторы и носители. Определение удельной поверхности
Metal powders. Catalysts and carriers.
Determination of specific area
Дата введения 1992-01-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Академией наук УССР
РАЗРАБОТЧИКИ
В.Н.Клименко, В.В.Скороход, А.Е.Кущевский, И.В.Уварова, Л.Д.Бернацкая, Т.Ф.Мозоль
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 27.12.90 N 3376
3. Периодичность проверки 5 лет
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 6746-89
5. ВЗАМЕН ГОСТ 23401-78
6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Номер пункта, раздела |
|
Настоящий стандарт устанавливает метод определения удельной поверхности металлических порошков, катализаторов и носителей от 0,05 до 1000 м/г по тепловой десорбции газа (азота или аргона).
Сущность метода заключается в определении объема газа сначала предварительно адсорбированного на поверхности анализируемой пробы из потока рабочей газовой смеси (азотно-гелиевой или аргоно-гелиевой) при температуре жидкого азота, затем десорбированного из нее при повышении температуры и последующем расчете удельной поверхности пробы.
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
1.1. Пробу отбирают по ГОСТ 23148*.
______________
ГОСТ 23148-98
1.2. Массу пробы для испытания определения в соответствии с таблицей.
Масса пробы, г, не менее | Поверхность пробы, м | Удельная поверхность, м/г |
От 0,5 до 1,0 включ. | От 0,05 до 0,10 включ. |
|
Св. 1,0 " 2,0 " | Св. 0,1 " 1,0 " |
|
Пробу перед измерением сушат в сушильном шкафу до постоянной массы.
2. АППАРАТУРА
Установки (черт.1, 2) для определения удельной поверхности состоят из 1 - баллонов с гелием; 2 - манометра - по ГОСТ 2405* (2 шт.); 3 - пористых фильтров предварительной очистки (2 шт.); 4 - блока смешения газов; 5 - образцового манометра на давление 0,1 МПа по ГОСТ 6521; 6 - сосуд Дьюара по НТД с жидким азотом по ГОСТ 9293 ; 7 - ловушки с селикагелем-индикатором по ГОСТ 8984 ; 8 - сравнительной и измерительной ячеек детектора по теплопроводности; 9 - потенциометра КСП-4 с пределами измерений 0-10 мВ и временем прохождения указателем всей шкалы не более 1 с по ГОСТ 7164 ; 10 - интегратора; 11 - запорного крана (2 шт.); 12 - расходомеров, рассчитанных на регистрацию скорости потока газа от 0 до 55 см/мин (2 шт.); 13 - крана-дозатора; 14 - адсорберов 6 (черт.1) и 12 (черт.2) шт.; 15 - термостата, обеспечивающего температуру до 400 °С; 16 - баллона с азотом или с аргоном марки А по ГОСТ 10157 ; 17 - восьмиходового крана.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 2405-88 . - Примечание изготовителя базы данных.
Черт.1. при параллельном потоке газовой смеси через ячейки детектора
Схема установки для определения удельной поверхности проб
при параллельном потоке газовой смеси через ячейки детектора
Черт.2. Схема установки для определения удельной поверхности проб при последовательном прохождении потока газовой смеси через ячейки детектора
Схема установки для определения удельной поверхности проб
при последовательном прохождении потока газовой смеси через ячейки детектора
Адсорберы с пробами соединяют в блоки А и Б (черт.2). В каждом блоке в зависимости от требуемой производительности установки может быть от одного до шести адсорберов.
Чувствительность детектора должна быть от 0,7·10 до 0,8·10 мВ.
Весы лабораторные, обеспечивающие погрешность взвешивания не более 0,0002 г.
Термометр 3-А3 по ГОСТ 8624 .
Секундомер по ГОСТ 5072.
Сушильный шкаф, обеспечивающий температуру (200±20) °С.
Барометр-анероид.
Шприц медицинский инъекционный вместимостью 1 см.
Гелий особой чистоты по нормативно-технической документации.
3. ПОДГОТОВКА К КОНТРОЛЮ
3.1. Проверка установки на герметичность
На выходе газа из установки закрывают запорный кран 11, создавая в системе избыточное давление 4·10 Па, измеряемое манометром 5. Если падение давления в течение 20 мин не превышает 100 Па, установку считают герметичной.
3.2. Составление рабочей газовой смеси
3.2.1. В качестве рабочей газовой смеси используют аргоно-гелиевую или азото-гелиевую смесь с заданной концентрацией газа-адсорбата. Допускается использовать в качестве газа-носителя осушенный водород.
3.2.2. Концентрацию адсорбата в газовой смеси регулируют соотношением потоков газа-носителя и газа-адсорбата. Из соотношения скоростей этих потоков вычисляют парциальное давление газа-адсорбата.
Данный способ составления газовой смеси позволяет производить расчет полных изотерм адсорбции и десорбции газа-адсорбата и определение удельной поверхности по полным изотермам адсорбции и десорбции (метод С.Брунауер, П.X.Эммет и метод БЭТ Э.Теллер).
3.2.3. Допускается предварительное составление газовых смесей в баллонах в объемных долях:
адсорбата от 5 до 10%;
газа-носителя от 90 до 95%.
Смесь готовят на блоке, состоящем из двух баллонов с газом-носителем и адсорбатом, соединенных медной или латунной трубкой с помощью накидных гаек с тефлоновыми прокладками, и образцового манометра на давление 16 МПа.
Баллон с рабочей газовой смесью должен быть выдержан в течение 10 дней до ввода его в работу.
При повторном приготовлении смеси следует использовать имеющиеся баллоны с остаточным давлением рабочей газовой смеси 0,5-0,7 МПа.
Данный способ составления рабочей газовой смеси позволит производить определение удельной поверхности по одной точке.
3.3. Выбор оптимальной силы тока
Для нахождения оптимальной силы тока детектора проводят контрольные опыты, соединяя пустые адсорберы 14. Устанавливают скорость продувки установки рабочей смесью (50±5) см/мин. Через 5 мин после продувки подают напряжение на детектор, установив по амперметру силу тока 50 мА.
Температура и выход сигнала детектора по теплопроводности стабилизируются в течение 30-40 мин после включения прибора в сеть и пропускания газа через ячейки катарометра. За процессом стабилизации режимов следят по потенциометру.
После установления нулевой линии на диаграммной ленте потенциометра адсорберы погружают последовательно в сосуды Дьюара с жидким азотом и записывают колебания нулевой линии. По возвращении пера самописца в исходное положение в последнем по ходу адсорбере сосуд Дьюара заменяют емкостью с водой, имеющей температуру (20±5) °С для ускорения десорбции. Эту операцию повторяют для каждого адсорбера.
Отклонение от нулевой линии при погружении адсорберов в жидкий азот и воду записывают через каждые 10-20 мА, меняя силу детектора от 50 до 100 мА.
Максимальное значение силы тока, при котором флуктуации нулевой линии составляют не более 30% шкалы потенциометра, является оптимальным.
Чувствительность детектора обеспечивается напряжением питания 5 В, которое должно быть постоянным при его эксплуатации.
3.4. Калибровка крана-дозатора
Установка должна иметь набор кранов-дозаторов вместимостью 0,1; 0,5 и 2,5 см.
Калибровка кранов-дозаторов допускается любыми известными методами не реже одного раза в год. Преимущественной является методика аттестации дозируемых вместимостей объемов адсорбционно-весовым методом.
Наиболее простым, но менее точным является хроматографический импульсный метод с помощью медицинского шприца. Скорость потока рабочей газовой смеси или носителя при поверке кранов-дозаторов должна быть (50±1) см/мин. В газовый поток после прогрева и установления нулевой линии на ленте потенциометра вводят медицинским шприцом объем газа-адсорбата, соответствующий калибруемым объемам крана-дозатора. На потенциометре и интеграторе фиксируют проявительные пики. Операцию ввода пробы повторяют 10 раз.
Далее вводят пробу газа-адсорбата калибруемой вместимостью крана-дозатора. Для этого при включенных потоках рабочей газовой смеси и газа-адсорбата поворачивают кран-дозатор таким образом, чтобы объем газа-адсорбата в кране-дозаторе захватывался рабочей газовой смесью и подавался на детектор. Запись показаний фиксируют потенциометром и интегратором. Операцию ввода пробы краном-дозатором повторяют 10 раз.
Допускаемые расхождения параллельных измерений не должны превышать 3%.
Калибруемые вместимости кранов-дозаторов () в кубических сантиметрах, приведенные к нормальным условиям, вычисляют по формуле
где - объем пробы газа-адсорбата, введенный шприцем, см;
Средняя площадь проявительного пика, записанная интегратором при введении пробы газа-адсорбата краном-дозатором, см;
- барометрическое давление, Па;
- средняя площадь проявительного пика, записанная при введении пробы газа-адсорбата шприцем, см;
- температура воздуха в помещении, °С;
- нормальное давление,
3.5. Определение концентрации газа-адсорбата (азота или аргона) в рабочей газовой смеси
При отсутствии блока смешения газов концентрацию газа-адсорбата в баллонах с рабочей газовой смесью проверяют либо по показаниям предварительно калиброванного катарометра фронтальным методом. При этом должна быть предусмотрена возможность самостоятельного подключения баллонов с газом-носителем и газовой смесью с помощью трехходового крана к ячейкам детектора по теплопроводности.
Для проведения анализа через измерительную и сравнительную ячейки детектора по теплопроводности пропускают поток газа-носителя до стабилизации показаний детектора. После установления нулевой линии поток газа-носителя в измерительной ячейке потенциометра заменяют потоком рабочей газовой смеси. При этом перо самописца отклонится от нулевого положения на расстояние и выпишет линию, параллельную нулевой.
Объемную долю газа-адсорбата () в процентах вычисляют по формуле
где - калибровочный коэффициент детектора, см, вычисленный по формуле
Расстояние между фронтальной и нулевой линиями на диаграммной ленте самописца, см;
- скорость диаграммной ленты, см/мин;
- объемная скорость рабочей газовой смеси, см/мин;
- калиброванный объем крана-дозатора, см;
- средняя площадь проявительного пика, записанного интегратором при введении пробы газа-адсорбата краном-дозатором, см
3.6. Подготовка адсорберов
Адсорберы тщательно моют и сушат в сушильном шкафу при температуре (200±20) °С. Затем взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г, загружают пробой и повторно взвешивают для определения массы пробы. Адсорберы выбирают такой емкости, чтобы над пробой оставалось минимальное свободное пространство для прохождения газовой смеси. При определении удельных поверхностей до 1 м/г газовую смесь рекомендуется пропускать в адсорберах через слой гранул порошка. Во избежание уноса порошка предусматривают тампоны из ваты.
3.7. Подготовка детектора к измерениям и дегазация пробы
3.7.1. Операции подготовки детектора и дегазации пробы проводят одновременно.
Для подготовки детектора рабочую газовую смесь из блока смешивания газов пропускают со скоростью (50±1) см/мин через ловушку 7 (черт.1, 2), охлажденную жидким азотом, шесть адсорберов в сравнительную и измерительную ячейки детектора 8.
Через 5 мин после начала продувки подают напряжение на детектор, установив оптимальную силу тока или напряжения. Детектор прогревают в рабочей газовой смеси в течение 30 мин. За 15 мин до окончания прогрева включают потенциометр и интегратор.
Готовность детектора к работе проверяют по стабильности нулевой линии, которую записывают пером самописца потенциометра на диаграммной ленте.
3.7.2. Дегазацию проб проводят при продувке адсорберов 14 рабочей газовой смесью в течение 40-50 мин. Скорость потока контролируют расходомером 12. Под адсорберы подставляют термостат 15 и устанавливают температуру с учетом термической устойчивости порошка, но не выше 400 °С. По окончании дегазации перо самописца выходит на нулевую линию и пробы охлаждают до температуры (20±5) °С.
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. Адсорберы поочередно, начиная с первого по ходу газа, погружают в сосуды Дьюара с жидким азотом. Во избежание подсоса воздуха через выходную линию газа при отсутствии автоматического приспособления для подъема адсорберов их следует погружать в жидкий азот с такой скоростью, чтобы пленка в расходомере 12 двигалась только вверх. При адсорбции перо самописца потенциометра отклоняется от нулевой линии. Адсорберы выдерживают в жидком азоте до возвращения пера самописца потенциометра к нулевой линии, т.е. до установления адсорбционного равновесия (15-30 мин в зависимости от газа-адсорбента).
4.2. Последний по ходу газа адсорбер вынимают из сосуда Дьюара с жидким азотом и погружают в сосуд с водой. Температура воды в сосуде должна быть (20±5) °С.
При десорбции перо самописца выписывает на диаграммной ленте потенциометра десорбционный пик, а на интеграторе появляются цифры, пропорциональные площади данного пика.
Десорбционные измерения проводят последовательно для всех оставшихся проб.
4.3. Пробу газа-адсорбата вводят в систему краном-дозатором. При этом на диаграммной ленте потенциометра записываются и на интеграторе появляются цифры, соответствующие площади проявительного пика в зависимости от калиброванной вместимости крана-дозатора (). При расчете удельной поверхности учитывают ту калиброванную вместимость, площадь которой ближе к площади, записываемой при десорбции газа-адсорбата с поверхности измеряемых порошкообразных проб.
4.4. Для определения удельной поверхности вещества по методу БЭТ следует измерение по пп.4.1 и 4.2 повторять при трех-пяти различных концентрациях газа-адсорбата в рабочей газовой смеси в пределах: 3-5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25%. Концентрацию газа-адсорбата в рабочей газовой смеси регулируют блоком смешения по соотношению объемных скоростей подачи газа-адсорбата и газа-носителя.
Выражение удельной поверхности
Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.
Значение удельной поверхности
От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов , эффективность твёрдых катализаторов , свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500-1500, силикагелей - до 800, макропористых ионообменных смол - не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии - менее 10 м 2 /г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей , пигментов , пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м 2 /г. Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).
Определение удельной поверхности
Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.
Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор "Сорптоматик" (время измерения - приблизительно один образец в сутки).
Ссылки
- Теория Дубинина
- http://colloid.distant.ru/tests/3.2.2/3.2.2.htm 3.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
- http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=7705&p_page=5 9. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
- http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_35.html Адсорбция
- http://e-science.ru/index/?id=43 Адсорбция
- http://www.ximicat.com/ebook.php?file=vojutsky_kol.djv&page=33 Курс коллоидной химии
- http://www.muctr.ru/univsubs/infacol/fen/faculties/f5/courses/1.php Поверхностные явления и дисперсные системы
- http://www.polymem.ru/research03.php Теория кооперативной полимолекулярной сорбции
- http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol2/cd-a3/data/jchem&cs/russian/n6/appl6/yal2001/1sdms33/1sdms33.htm Физическая адекватность уравнений сорбционного равновесия в набухающих полимерных системах.
- http://www.france-scientifique.fr/fileadmin/user_files/manuals/Manuel_SORPTOMATIC_1990_EN.pdf Sorptomatic 1990 Insruction Manual
- http://www.prager-elektronik.at/datenblaetter/porotec/SORPTOMATIC.pdf Sorptomatic Product
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Удельная поверхность" в других словарях:
Усредненная характеристика пористости или дисперсности соответствующих микропористых или тонкоизмельченных (диспергированных) твердых тел. Удельную пористость выражают отношением общей поверхности тела к его объему или массе … Большой Энциклопедический словарь
удельная поверхность - — Тематики нефтегазовая промышленность EN specific surfacesurface area … Справочник технического переводчика
Термин удельная поверхность Термин на английском specific surface Синонимы удельная площадь поверхности Аббревиатуры Связанные термины адсорбция, дисперсность, БЭТ, метод, метод BJH, нанопорошок, площадь поверхности, пористый материал, сорбент… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
удельная поверхность - усредненная характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы. Удельную поверхность выражают отношением обшей поверхности пористого или диспергированного… … Энциклопедический словарь по металлургии
Усреднённая характеристика пористости или дисперсности соответственно микропористых или тонкоизмельчённых (диспергированных) твердых тел. Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности тела к его объёму или массе. * * * УДЕЛЬНАЯ… … Энциклопедический словарь
удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Akytosios ar smulkiadispersės medžiagos vienetinės masės arba vienetinio tūrio paviršiaus plotas. atitikmenys: angl. specific surface vok. spezifische Oberfläche, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis chemija apibrėžtis Akytosios ar smulkiadispersės medžiagos vienetinės masės arba vienetinio tūrio paviršiaus plotas. atitikmenys: angl. specific surface rus. удельная поверхность … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. specific surface vok. spezifische Oberfläche, f rus. удельная поверхность, f pranc. surface spécifique, f … Fizikos terminų žodynas
См. Поверхность удельная … Большая советская энциклопедия
Кроме упомянутых способов определения удельной поверхности пород (по их гранулометрическому составу, по величине пористости и проницаемости), существуют следующие способы оценки этого параметра: фильтрационный, основанный на измерении сопротивления течению через пористое тело разреженного воздуха; адсорбционные, а также метод меченых атомов.
Методы определения удельной поверхности пористых сред, основанные на использовании пуазейлевского режима течения воздуха сквозь объект исследования [т.е. основанные на использовании формул типа (1.35)], применимы только для приближенной оценки поверхности грубозернистых однородных сред, ширина пор в которых намного больше длины свободного пробега молекул воздуха. При этом не нужно учитывать скольжения газа по стенкам пор. Движение газа в мелкодисперсной пористой среде существенно облегчается при скольжении молекул по стенкам пор, и сопротивление среды с высокой удельной поверхностью прохождению через нее газов иногда существенно меньше по сравнению с подсчитанными по формулам типа (1.35), не учитывающим скольжения газа по стенкам. Поэтому в данном случае можно использовать метод, основанный на измерении сопротивления течению через пористое тело разреженного воздуха при кнудсеновском режиме, имеющем скорее диффузионный характер. Кнудсеновский режим наступает, когда максимальные просветы пор становятся меньше длины свободного пробега молекул газа. В этом случае соударения молекул между собой становятся редкими (по сравнению с ударами о стенки пор). Зависимость молярной скорости течения газа от удельной поверхности и других параметров выражается равенством;
где SУД - удельная поверхность образца, м2/м3; Q - число киломолей воздуха, протекающего через 1м2 поперечного сечения пористой среды толщиной?х (в м) за 1 с при перепаде давления?р (в Па); М - относительная молекулярная масса; воздуха, кг/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/ (кмоль - градус); Т - температура опыта,°С.
Для определения удельной поверхности пористых тел по результатам измерения кнудсеновского режима фильтрации сконструированы специальные приборы .
Горные породы, слагающие пласт, заполнены жидкой cредой - водой и нефтью. Удельная поверхность (например, глин и некоторых других пород) под действием водной среды может изменяться, и "сухие" способы ее измерения не всегда соответствуют действительным условиям залегания пород в естественных условиях.
Удельную поверхность пористых сред в водной среде обычно определяют методом адсорбции красителей или методом поверхностного обмера при помощи радиоактивных индикаторов. Площадь поверхности минералов Syд при этом рассчитывают по числу молекул радиоактивного индикатора, поглощенных пористой средой, и по площади, приходящейся на один атом данного радиоактивного вещества на поверхности кристалла:
где бm - число молей (атомов) вещества, связанного с 1 г твердой фазы; щ - площадь, приходящаяся на один атом данного вещества на поверхности кристалла (значение ее известно для многих веществ); N - число Авогадро.
Количество радиоактивного иона, поглощенного веществом при его погружении в раствор, определяется по уменьшению активности фильтрата раствора вследствие поглощения меченого атома твердой фазой.
Особое место по точности занимает адсорбционный метод вследствие того, что поверхность пористой среды промеряется такими малыми объектами, как молекулы адсорбируемого вещества, выстилая ими
Пов. пористой среды. По количеству адсорбированного вещества (т.е. по числу его молекул) и площади, приходящейся на один атом данного вещества, вычисляется удельная поверхность пористой среды.
При адсорбционных методах исследования удельной поверхности пористых сред необходимы сложная аппаратура, высококвалифицированные исполнители. Поэтому в лаб. физики нефтяного пласта эта поверхность пород обычно оценивается фильтрационными методами.
По результатам измерений Ф.И. Котяхова удельная пов. кернов изменяется от 38 000 до 113 000 м2/м3.
Лекция № 6
Коэф-нт удельной поверхности можно представить ч/з эффективный диаметр породы, если
S уд = 6 ·(1-m) / d э (5)
Согласно исследованиям Козени удельную поверхность можно выразить ч/з гидравлический радиус
σ – гидравлический радиус, представляет собой отношение площади сечения порового канала к периметру его сечения.
формулу (6) выразим ч/з удельный радиус пор
или представляя в ур. (7) значение r ср, получим ф-лу для удельной поверхности
Вывод: из ур. (7) и (8) => , что чем меньше радиус порового каналов и проницаемость породы, тем больше удельная поверхность. Выражение (8) является одним из ф-лы Козени – кармана, которая имеет следующий вид:
K = m 3 / (f · S уд · T 2) (9)
K – коэф-нт проницаемости
f – коэф-нт, учитывающий форму поровых каналов от 2 до 3
T – извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна)
Т → 6 и более, определяется электрометрическими и др способами
S уд может быть определена расчетным и экспериментальным методами.
Расчетные методы:
По гранулометрическому составу пород
По проницаемости и пористости
Формулы определения указаны выше
Более точны результаты экспериментальных методов :
1) фильтрационный
2) адсорбции меченных атомов
3) адсорбции красителей
Первый метод основан на исп-ии ф-лы Дерягина. В соответствии с этой ф-лой расход разряженного газа при кнудсеновском режиме подчиняется следующему закону.
Кнудсеновский режим – это режим, когда длина свободного пробега мол. газа при фильтрации соизмерима с диаметром порового канала
(10)
Q – расход газа, [м 3 /с]
M – мол-ая масса газа
R – универсальная газовая постоянная, [Дж/ кг·К]
T - абсолютная температура, [К]
Градиент давления, [па/м]
Второй метод меченных атомов: при этом методе исп-ся радиоактивные вещества. Уд. пов-ть после адсорбции радиоактивного вещества на пов-ти пор определяют по формеле:
S уд – удельная поверхность, [м 2 / м 3 ]
N – число Авагадро
ω - площадь, занимаемая 1 ой молекулой на пов-ти кристалла
a ω – число молей атомов в-ва, адсорб-го на внутр-ей пов-ти пор
Третий метод занимает особое место по точности. Метод идентичен вышеназванному, получил широкое распр-ие в силу своей безопасности и возможности использования веществ с молекулами малой площадью посадки.
Атомарная структура твердого тела. Кристаллическая решетка. Виды кристаллических решеток, их параметры. Индексы Миллера. Определение наночастицы. Структурные и электронные магические числа. Дефекты кристаллической структуры.
Характеристики дисперсности материалов.
Лекция №5
Важнейшей характеристикой наноматериалов является размер частиц порошка или зерен массивного материала. В подавляющем большинстве случаев наноматериалы представляют собой полидисперсные системы, состоящие из зерен или частиц различной крупности. Разброс по размерам сильно изменяет физико-химические свойства материала. Поэтому кроме средних величин, важной размерной характеристикой материала является его гранулометрический состав.
Гранулометрический состав материала – содержание частиц или зерен в определенном интервале размеров по отношению к их общему количеству.
К размерным характеристикам наноматериалов можно отнести: величину удельной поверхности (для нанопорошков), определяющую средний размер агрегатов; средний размер частиц или зерен, средний размер областей когерентного рассеяния (ОКР); распределение по размерам (гранулометрический состав) частиц, зерен, ОКР.
Величина удельной поверхности – одна из важнейших характеристик наноматериала, определяющая активность протекания физико-химических процессов, многие технологические свойства, взаимодействие с окружающей средой и т.д. Например, знание величины S уд необходимо в тех случаях, когда в технологическом процессе «работает» именно поверхность, например в катализе.
Удельной поверхностью называют площадь, которую имеет 1 грамм (или килограмм) того или иного вещества.
Обозначают эту величину как S уд , ее размерность (м 2 /г) или (м 2 /кг). Удельная поверхность таких материалов, как цеолиты и активированные угли, может достигать значений 400 – 500 м 2 /г, а традиционные порошковые материалы характеризуются значениями 0,05 – 2 м 2 /г.
Удельная поверхность порошков определяется многими факторами: дисперсностью, формой, фазовым составом, состоянием поверхности частиц, степенью их агрегированности.
Уменьшение диаметра частиц при прочих равных условиях увеличивает S уд . Сфероидизация уменьшает удельную поверхность, поскольку шар имеет минимальную поверхность при данной дисперсности материала. Соответственно, изменение формы частиц при сохранении их размеров приводит к увеличению S уд . Например, удельная поверхность гидроксида железа сферической формы равна 78м 2 /г, а игольчатой – 121 м 2 /г.
В свою очередь, так называемая развитость поверхности (рис. 1) может многократно увеличить значение удельной поверхности материала.
Изменение фазового состава, например образование оксидной пленки на поверхности нанопорошков металлов, может увеличить S уд с 7–8 м 2 /г до 50–70 м 2 /г. Металлизация, напротив, резко уменьшает удельную поверхность порошков (табл.1).
