BET法測量Al2O3載體比表面積的不確定度評定

吳麗威，王長發，李　楠，趙　颯，高敏娜

(西安元創化工科技股份有限公司，陜西 西安 710061)

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催化劑測試與表征

BET法測量Al2O3載體比表面積的不確定度評定

吳麗威*，王長發，李楠，趙颯，高敏娜

(西安元創化工科技股份有限公司，陜西 西安 710061)

采用BET法對Al2O3載體的比表面積進行測定，分析測量過程中產生測量不確定度的主要來源，不確定度的主要來源由測量重復性、樣品稱量和儀器校準引起。通過對各不確定度分量進行評定，得到Al2O3載體比表面積的擴展不確定度。

催化化學；比表面積；不確定度評定；Al2O3載體

催化劑比表面積是催化性能的重要指標之一，在很多催化反應中，催化劑比表面積對催化活性有較大影響。具有多孔性、大比表面積和高分散性的Al2O3被廣泛用作催化劑載體，研究和測定其比表面積對改進催化劑質量、有效指導催化劑及載體的生產具有重要意義[1]。而在實際測量中，由于受各種相關因素影響，每次測量結果以一定的概率分散在某個區域。為衡量這種分散性，考察測量結果的有效性和可信性，計量學引入了測量不確定度這一計量學參數[2]。

氣體吸附BET法是目前測定比表面積技術中最基本也是應用最廣泛的方法。本文以多孔Al2O3載體為分析對象，采用全自動比表面及孔隙度分析儀對其比表面積測量結果的不確定度進行評定。

1　實驗部分

1.1主要儀器設備

NOVA 4200e，全自動比表面及孔隙度分析儀，美國康塔公司；BSA224S-CW，電子天平，德國賽多利斯科學儀器有限公司。

1.2測試原理及數學模型的建立

1.2.1測試原理[3]

放入氣體體系中固體材料的物質表面在低溫下將發生物理吸附，吸附達到平衡時，測量平衡吸附壓力和吸附氣體量，根據BET方程式(1)求出試樣單分子層吸附量Vm。將氣體吸附質視為理想氣體，標準狀態下理想氣體摩爾體積為22.4 L·mol-1，NA為阿伏伽德羅常數，77 K時單個氮氣分子的截面積為0.162 nm2，按式(2)計算出試樣的總表面積X，再除以樣品質量即可得到樣品的比表面積Y。

(1)

(2)

1.2.2數學模型的建立

由于儀器設備中內置的計算機程序可自動完成比表面積的計算，直接給出測量結果。比表面積數學模型為：

式中，X為總表面積，m為樣品質量。

1.3實驗過程

開機預熱30 min，使儀器設備達到穩定。設定脫氣溫度300 ℃，對樣品進行真空脫氣處理3 h(真空度 1.33×10-7MPa)。脫氣完成后，由差減法稱量得到樣品凈質量。采用全自動比表面及孔隙度分析儀，依據國標GB/T 19587-2004進行比表面積測量，BET法計算比表面積。

2　測量不確定度評定

2.1測量不確定度來源分析

(1) 測量重復性引起的不確定度，通過A類不確定度評定得到；

(2) 由于測定過程中沒有對溫度提出控制要求，因此可以不計；

(3) 樣品預處理過程中的脫氣溫度、真空度以及脫氣時間均可能引起不確定度。由于使用全自動測定儀器，在進行儀器設備校準時，綜合考慮了這些條件的影響，因校準證書給的是包括這些影響在內的總儀器設備不確定度，不需再進行考慮；

(4) 由于樣品質量是通過電子天平稱量后輸入到儀器設備自帶的計算機中，因此，樣品稱量引起的不確定度對檢測結果有影響；

(5) 儀器自身的不確定度，該分量可從校準證書中獲得。

2.2各分量相對標準不確定度評定

2.2.1測量重復性引起的不確定度

測量重復性引起的不確定度屬于A類不確定度。按標準規定的測試方法對被測樣品連續測定10次。比表面積測定結果見表1。

表 1　比表面積測定結果

比表面積測量結果不確定度按以下公式計算：

相對標準不確定度為：

2.2.2樣品稱量引起的不確定度

2.2.3儀器校準引起的不確定度

校準證書上給出比表面積(測量值183.2 m2·g-1)校準結果的擴展不確定度為U=4.5(k=2),則標準不確定度為：

相對不確定度為：

2.3合成標準不確定度評定

以上各不確定度分量相互獨立,所以比表面積的合成相對標準不確定度為：

合成標準不確定度為：

2.4擴展不確定度評定

取置信水平為95%,包含因子k=2時,則比表面積的擴展不確定度為：

U=Uc(Y)×k=4.7×2=9.4 m2·g-1

2.5測量不確定度的報告表示

考慮到國標GB/T 19587-2004中對報告結果的要求，比表面積的測定結果可表示為：

X=(346±10) m2·g-1

3　結　論

根據氣體吸附BET法測定固態物質比表面積的原理，考察了影響測量結果不確定度的各分量。不確定度的主要來源有測量重復性引起、樣品稱量引起和儀器校準引起，其中，儀器校準引起的不確定度貢獻最大。

[1]巨文軍，申麗紅，郭丹丹.氮氣吸附法和壓汞法測定Al2O3載體孔結構[J].廣東化工，2009,36(8):213-214.

Ju Wenjun,Shen Lihong,Guo Dandan.Nitrogen adsorption method and mercury injection method determination the pore structure of alumina carrier[J].Guangdong Chemical Industry,2009,36(8):213-214.

[2]竇智峰，于文輝，馮玉紅.多孔材料比表面積與孔徑分布測量不確定度評價[J].海南大學學報自然科學版，2009,27(4)：353-357.

Dou Zhifeng,Yu Wenhui,Feng Yuhong.Uncertainty evaluation of measurement of specific surface area and pore size distribution of porous material[J].Natural Science Journal of Hainan University,2009,27(4)：353-357.

[3] GB/T 19587-2004，氣體吸附BET法測定固態物質比表面積[S].

Uncertainty evaluation of measurement of specific surface area of Al2O3carrier by BET method

WuLiwei*,WangChangfa,LiNan,ZhaoSa,GaoMinna

(Xi’an Origin Chemical Technologies Co.,Ltd.,Xi’an 710061,Shaanxi,China)

The specific surface area of alumina carrier was determined by BET method.The main effect factors of uncertainty evaluation of measurement were analyzed in the process of measurement,including measurement repeatability,sample weighing and instrument calibration.And the expanded uncertainty of specific surface area of Al2O3carrier was obtained by evaluating each main uncertainty quantity.

catalytic chemistry;specific surface area;uncertainty evaluation;alumina carrier

TQ426.65;O643.36Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)09-0078-03

2016-02-29;

2016-08-01

吳麗威，1986年生，碩士，從事化工催化劑表征研究工作。

吳麗威。

10.3969/j.issn.1008-1143.2016.09.017

TQ426.65;O643.36

A

1008-1143(2016)09-0078-03

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.09.017