BET法测量Al2O3载体比表面积的不确定度评定

吴丽威，王长发，李　楠，赵　飒，高敏娜

(西安元创化工科技股份有限公司，陕西 西安 710061)



催化剂测试与表征

BET法测量Al2O3载体比表面积的不确定度评定

吴丽威*，王长发，李楠，赵飒，高敏娜

(西安元创化工科技股份有限公司，陕西 西安 710061)

采用BET法对Al2O3载体的比表面积进行测定，分析测量过程中产生测量不确定度的主要来源，不确定度的主要来源由测量重复性、样品称量和仪器校准引起。通过对各不确定度分量进行评定，得到Al2O3载体比表面积的扩展不确定度。

催化化学；比表面积；不确定度评定；Al2O3载体

催化剂比表面积是催化性能的重要指标之一，在很多催化反应中，催化剂比表面积对催化活性有较大影响。具有多孔性、大比表面积和高分散性的Al2O3被广泛用作催化剂载体，研究和测定其比表面积对改进催化剂质量、有效指导催化剂及载体的生产具有重要意义[1]。而在实际测量中，由于受各种相关因素影响，每次测量结果以一定的概率分散在某个区域。为衡量这种分散性，考察测量结果的有效性和可信性，计量学引入了测量不确定度这一计量学参数[2]。

气体吸附BET法是目前测定比表面积技术中最基本也是应用最广泛的方法。本文以多孔Al2O3载体为分析对象，采用全自动比表面及孔隙度分析仪对其比表面积测量结果的不确定度进行评定。

1　实验部分

1.1主要仪器设备

NOVA 4200e，全自动比表面及孔隙度分析仪，美国康塔公司；BSA224S-CW，电子天平，德国赛多利斯科学仪器有限公司。

1.2测试原理及数学模型的建立

1.2.1测试原理[3]

放入气体体系中固体材料的物质表面在低温下将发生物理吸附，吸附达到平衡时，测量平衡吸附压力和吸附气体量，根据BET方程式(1)求出试样单分子层吸附量Vm。将气体吸附质视为理想气体，标准状态下理想气体摩尔体积为22.4 L·mol-1，NA为阿伏伽德罗常数，77 K时单个氮气分子的截面积为0.162 nm2，按式(2)计算出试样的总表面积X，再除以样品质量即可得到样品的比表面积Y。

(1)

(2)

1.2.2数学模型的建立

由于仪器设备中内置的计算机程序可自动完成比表面积的计算，直接给出测量结果。比表面积数学模型为：

式中，X为总表面积，m为样品质量。

1.3实验过程

开机预热30 min，使仪器设备达到稳定。设定脱气温度300 ℃，对样品进行真空脱气处理3 h(真空度 1.33×10-7MPa)。脱气完成后，由差减法称量得到样品净质量。采用全自动比表面及孔隙度分析仪，依据国标GB/T 19587-2004进行比表面积测量，BET法计算比表面积。

2　测量不确定度评定

2.1测量不确定度来源分析

(1) 测量重复性引起的不确定度，通过A类不确定度评定得到；

(2) 由于测定过程中没有对温度提出控制要求，因此可以不计；

(3) 样品预处理过程中的脱气温度、真空度以及脱气时间均可能引起不确定度。由于使用全自动测定仪器，在进行仪器设备校准时，综合考虑了这些条件的影响，因校准证书给的是包括这些影响在内的总仪器设备不确定度，不需再进行考虑；

(4) 由于样品质量是通过电子天平称量后输入到仪器设备自带的计算机中，因此，样品称量引起的不确定度对检测结果有影响；

(5) 仪器自身的不确定度，该分量可从校准证书中获得。

2.2各分量相对标准不确定度评定

2.2.1测量重复性引起的不确定度

测量重复性引起的不确定度属于A类不确定度。按标准规定的测试方法对被测样品连续测定10次。比表面积测定结果见表1。

表 1　比表面积测定结果

比表面积测量结果不确定度按以下公式计算：

相对标准不确定度为：

2.2.2样品称量引起的不确定度

2.2.3仪器校准引起的不确定度

校准证书上给出比表面积(测量值183.2 m2·g-1)校准结果的扩展不确定度为U=4.5(k=2),则标准不确定度为：

相对不确定度为：

2.3合成标准不确定度评定

以上各不确定度分量相互独立,所以比表面积的合成相对标准不确定度为：

合成标准不确定度为：

2.4扩展不确定度评定

取置信水平为95%,包含因子k=2时,则比表面积的扩展不确定度为：

U=Uc(Y)×k=4.7×2=9.4 m2·g-1

2.5测量不确定度的报告表示

考虑到国标GB/T 19587-2004中对报告结果的要求，比表面积的测定结果可表示为：

X=(346±10) m2·g-1

3　结　论

根据气体吸附BET法测定固态物质比表面积的原理，考察了影响测量结果不确定度的各分量。不确定度的主要来源有测量重复性引起、样品称量引起和仪器校准引起，其中，仪器校准引起的不确定度贡献最大。

[1]巨文军，申丽红，郭丹丹.氮气吸附法和压汞法测定Al2O3载体孔结构[J].广东化工，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]窦智峰，于文辉，冯玉红.多孔材料比表面积与孔径分布测量不确定度评价[J].海南大学学报自然科学版，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，气体吸附BET法测定固态物质比表面积[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

吴丽威，1986年生，硕士，从事化工催化剂表征研究工作。

吴丽威。

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