double arrow

Применение метода БЭТ для расчетов удельной поверхности катализаторов и адсорбентов

В настоящее время измерения удельной поверхности катализаторов и адсорбентов в большинстве случаев базируются на методе БЭТ, т.е. измерении участков ИА в области до начала капиллярной конденсации (для N2 при 77К обычно измеряется область Р/Р0 0.05 ¸ 0.35) и расчете из полученных данных по уравнению БЭТ величины адсорбции am, соответствующей заполненному монослою (а попутно - и величины энергетической константы СБЭТ уравнения БЭТ). Собственно величина удельной поверхности рассчитывается по уравнению

АБЭТ = am w L /m (5.1)

где am - емкость монослоя, выраженная в Моль/г, w - средняя величина площадки, приходящаяся на одну молекулу адсорбата в заполненном мослое, L - число Авогадро, m - масса адсорбента.

Уравнение БЭТ использовано для расчета поверхности во многих тысячах публикаций, важность знания удельной поверхности, например, катализаторов, неоценима. Обширнейшая литература посвящена проверке и анализу этого уравнения, попыткам его усовершенствования и критике. Во многих работах корректность значений АБЭТ проверялась сравнением с результатами независимых измерений. Сопоставление АБЭТ с геометрической поверхностью непористых пленок, стержней, шаров и других систем с простой геометрией показало, что отличия величины АБЭТ от независимо определенной геометрической поверхности обычно не превышают ± 20-30 %. В то же время теоретическая обоснованность применения уравнения БЭТ для расчетов поверхности большинства реальных пористых тел вызывает резкую критику, т.к. постулаты, заложенные в основу этого метода, во многом не соответствуют реальным ситуациям.

Так, модель БЭТ предполагает энергетическую однородность поверхности, а поверхность большинства катализаторов заведомо неоднородна. Эта модель игнорирует “ горизонтальную” ( называемую также латеральной или тангенсальной) составляющую взаимодействия между молекулами адсорбата в каждом слое, учитывая только взаимодействия, приводящие к вертикальному росту слоев. Но вклад таких латеральных взаимодействий может быть пренебрежимо мал только в области малых заполнений, а в области завершающегося заполнения монослоя становится весьма существенным (что следует, например, из моделей адсорбции Хилла де Бура и Фаулера-Гуггенгейма, рассматривающих вклад такого взаимодействия при мономолекулярной адсорбции). Именно горизонтальные составляющие взаимодействия обуславливают фазовые переходы в моделях моноcлойной адсорбции, и именно они объясняют ступенчатую форму ИА Kr, Xe и Ar при 70-90К на однородной поверхностиграфитаили монокристаллов, где, казалось бы, однородность поверхности должна способствовать расширению интервала применимости модели БЭТ. Кроме того, модель БЭТ не учитывает эффекты, связанные с возможным наличием микропор или других центров сильной адсорбции, которые насыщаются до образования монослоя на остальной поверхности, но соответствующие им приращения адсорбции неизбежно включаются в расчетные значения am, и поэтому влияют на форму изотермы и значения СБЭТ.

Критике модели БЭТ посвящена обширная литература, но несоразмерно больше литература, в которой уравнение БЭТ используется для определения удельной поверхности катализаторов и адсорбентов, а полученные результаты удовлетворительно согласуются с независимыми измерениями. Эффективность практического использования уравнения БЭТ для измерения удельной поверхности многих адсорбентов и катализаторов не оспаривается даже наиболее суровыми оппонентами этого метода. Много работ посвящено вариантам интерпретации или новым методам вывода уравнения БЭТ, его модификации, а также поиску альтернативных методов расчета поверхности по результатам адсорбционных измерений, которые остаются основой методов измерения поверхности. Ввиду важности определений поверхности катализаторов и адсорбентов кратко остановимся на этих работах.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: