Xác định diện tích bề mặt riêng của xúc tác bằng phương pháp hấp phụ

phụ (BET)

Diện tích bề mặt riêng có nhiều ý nghĩa khác nhau đối với chất rắn xốp hay không xốp. Đối với chất xúc tác xốp thì diện tích bề mặt riêng là diện tích bề mặt bên ngoài và bề mặt bên trong. Diện tích bề mặt bên trong là diện tích của nhiều lỗ xốp và lớn hơn rất nhiều so với diện tích bề mặt bên ngoài.

Nguyên tắc: Bề mặt riêng của xúc tác được xác định bằng cách hấp phụ khí N2

ở nhiệt độ N2 lỏng (94 K) và sử dụng phương trình BET để xử lý kết quả.

Phương trình BET tổng quát dựa trên cơ sở hấp phụ đa phân tử. Phương trình hấp phụ BET:

o m m o

P 1 C-1 P

= + .

V.(P -P) V .C V .C P (2.6)

Trong đó: V - thể tích chất hấp phụ tổng cộng dưới áp suất P (mmHg). Vm - thể tích cần thiết để hình thành đơn lớp hấp phụ (cm3.g-1). P0 - áp suất hơi bão hòa của khí hấp phụ (mmHg).

P - áp suất cân bằng của khí bị hấp phụ (mmHg).

C - hằng số phụ thuộc nhiệt hấp phụ và nhiệt hóa lỏng của chất bị hấp phụ.

Xây dựng đồ thị

0

1

V(P -P) theo P/Po ta thấy phương trình BET tuyến tính trong

khoảng áp suất 0,05 < P/Po< 0,3. Với hệ số góc

m C - 1 V .C và tung độ góc m 1 V .C, ta sẽ xác định được Vm.

Diện tích bề mặt tổng cộng được tính từ phương trình:

m t

V .N.A S =

M (2.7) Trong đó: St - diện tích bề mặt của chất hấp phụ; m2/g.

N - số Avogadro; N = 6,022 x 1023 phân tử/mol.

A - diện tích mặt cắt ngang của phân tử N2; A = 16,2 Å. M - khối lượng phân tử của N2; g/mol.

Diện tích bề mặt riêng được tính bằng cách chia diện tích bề mặt tổng cho khối lượng mẫu. Hằng số C của nitơ nằm trong khoảng 50  250 trên hầu hết các bề mặt rắn. t o S S = m (2.8) Trong đó: So - diện tích bề mặt riêng; m2/g.

St - diện tích bề mặt tổng; m2/g. m - khối lượng mẫu; g.

Thiết bị đo: Xác định diện tích bề mặt riêng của xúc tác bằng phương pháp BET trên máy Altamira Intrusments của Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Hóa học và Dầu khí, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.

Thông số máy đo diện tích bề mặt riêng BET:

+ Giới hạn xác định: > 0,01 m2/g. + Chất hấp phụ: khí Nitơ.

+ Áp suất hơi bão hòa Po = 740 mmHg. + Nhiệt độ buồng: 94 K.

+ Thể tích xi lanh: Vs = 525 µl.

Qui trình đo: Trước tiên mẫu được xử lý nhiệt trong dòng nitơ ở nhiệt độ 200C trong 2 giờ. Tiếp theo, quá trình đo được thực hiện với mẫu xúc tác xác định số liệu thể tích Vi của khí nitơ hấp phụ trong mẫu và áp suất hấp phụ P tại mỗi thời điểm ứng với Vi. Quá trình đo kết thúc khi giá trị P/Po bằng 0,3. Ghi nhận giá trị Vi

tại thời điểm này.

Dựa vào các số liệu Vi, P, Po ta tính được thể tích khí hấp phụ trên một lớp Vm

theo công thức (2.6). Từ đó tính được diện tích bề mặt riêng của mẫu xúc tác theo công thức (2.7) và (2.8).