Удельная площадь поверхности
Удельная площадь поверхности ( SSA ) — это свойство твердых тел, определяемое как общая площадь поверхности (SA) материала на единицу массы . [1] (в единицах м 2 /кг или м 2 /г). В качестве альтернативы его можно определить как SA на твердый или объемный объем. [2] [3] (единицы м 2 /м 3 или м −1 ).
Это физическая величина, которую можно использовать для определения типа и свойств материала (например, почвы или снега ). Особое значение он имеет для адсорбции , гетерогенного катализа и реакций на поверхности .
Измерение
[ редактировать ]
Полученные значения удельной площади поверхности зависят от метода измерения. В методах, основанных на адсорбции, размер молекулы адсорбата (молекулы-зонда), открытые кристаллографические плоскости на поверхности и температура измерения влияют на полученную удельную площадь поверхности. [4] По этой причине, в дополнение к наиболее часто используемому методу адсорбции Брунауэра-Эммета-Теллера (N 2 -BET), было разработано несколько методов измерения удельной поверхности дисперсных материалов при температуре окружающей среды и в контролируемых масштабах, включая метиленовый синий. (MB) окрашивание, адсорбция моноэтилового эфира этиленгликоля (EGME), [5] электрокинетический анализ адсорбции комплексных ионов [4] и метод удержания белка (PR). [6] Существует ряд международных стандартов для измерения удельной площади поверхности, включая стандарт ISO 9277. [7]
Расчет
[ редактировать ]SSA можно просто рассчитать на основе распределения частиц по размерам , сделав некоторые предположения о форме частиц. Однако этот метод не учитывает поверхность, связанную с текстурой поверхности частиц.
Адсорбция
[ редактировать ]SSA можно измерить путем адсорбции с использованием изотермы БЭТ . Преимущество этого метода заключается в измерении поверхности мелких структур и глубокой текстуры частиц. Однако результаты могут заметно различаться в зависимости от адсорбированного вещества. Теория БЭТ имеет присущие ей ограничения, но имеет то преимущество, что она проста и дает адекватные относительные ответы, когда твердые тела химически схожи. В относительно редких случаях для улучшения согласованности результатов можно применять более сложные модели, основанные на термодинамических подходах или даже квантовой химии, но за счет гораздо более сложных расчетов, требующих глубоких знаний и хорошего понимания со стороны оператора. [8]
Газопроницаемость
[ редактировать ]Это зависит от соотношения между удельной площадью поверхности и сопротивлением газовому потоку пористого слоя порошка. Этот метод прост и быстр и дает результат, который часто хорошо коррелирует с химической активностью порошка. Однако он не может измерить большую часть глубокой текстуры поверхности.
| Типичная площадь поверхности (м 2 /г) | Материал | Приложение |
|---|---|---|
| 7140 | Металлоорганический каркас [9] | поглощение газа |
| 900 | Фожазит [10] | катализатор |
| 500–3000 | активированный уголь | абсорбция газов и растворенных веществ |
| 200 | глинозем [11] | поддержка катализатора |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Удельная площадь поверхности ». дои : 10.1351/goldbook.S05806
- ^ http://www.owlnet.rice.edu/~ceng402/Hirasaki/CHAP3D.pdf [ пустой URL PDF ]
- ^ http://www.rsc.org/suppdata/lc/b8/b812301b/b812301b.pdf [ пустой URL PDF ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ханаор, ДАХ; Гадири, М.; Хшановски, В.; Ган, Ю. (2014). «Масштабируемая характеристика площади поверхности с помощью электрокинетического анализа адсорбции сложных анионов» (PDF) . Ленгмюр . 30 (50): 15143–15152. arXiv : 2106.03411 . дои : 10.1021/la503581e . ПМИД 25495551 . S2CID 4697498 .
- ^ Серато, А.; Лютенеггер, А. (1 сентября 2002 г.). «Определение площади поверхности мелкозернистых грунтов методом моноэтилового эфира этиленгликоля (ЭГМЭ)» . Журнал геотехнических испытаний . 25 (3): 10035. doi : 10.1520/GTJ11087J .
- ^ Пайков О.; Хоули, Х. (1 июля 2013 г.). «Метод удержания белка для определения удельной площади поверхности набухающих глин» . Журнал геотехнических испытаний . 36 (4). ASTM : 20120197. Номер документа : 10.1520/GTJ20120197 .
- ^ «ISO 9277:2010(ru) Определение удельной поверхности твердых тел методом адсорбции газа — метод БЭТ» .
- ^ Кондон, Джеймс (2020). Определение площади поверхности и пористости методом физисорбции, 2-е издание . Амстердам, Нидерланды: Elsevier. стр. Главы 3, 4 и 5. ISBN. 978-0-12-818785-2 .
- ^ Хёнике, Инес М.; Сеньковская, Ирена; Бон, Владимир; Бабурин Игорь А.; Бениш, Надин; Рашке, Сильвия; Эванс, Джек Д.; Каскель, Стефан (2018). «Баланс между механической стабильностью и сверхвысокой пористостью в материалах с кристаллическим каркасом». Angewandte Chemie, международное издание . 57 (42): 13780–13783. дои : 10.1002/anie.201808240 . ПМИД 30160076 . S2CID 52119126 .
- ^ Галарно, Энн; Мельхорн, Дирк; Генно, Флавиен; Коэн, Бенуа; Виллемо, Франсуа; Мину, Дельфин; Акино, Синди; Дат, Жан-Пьер (2018). «Определение удельной площади поверхности микропористых/мезопористых материалов: случай мезопористых цеолитов FAU-Y» (PDF) . Ленгмюр . 34 (47): 14134–14142. doi : 10.1021/acs.langmuir.8b02144 . ПМИД 30379547 . S2CID 53197261 . hal-01938089 .
- ^ Рассел, Аллен С.; Кокран, К. Норман (1950). «Измерение площади поверхности глинозема». Промышленная и инженерная химия . 42 (7): 1332–1335. дои : 10.1021/ie50487a024 .