DB13 T 2768.4-2018 石墨烯粉体材料检测方法 第4部分：比表面积、孔容和孔径BET法.pdf

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1、ICS 19 A 21 DB13 河北省 地方标准 DB 13/T 2768.4 2018 石墨烯粉体材料检测方法 第 4 部分：比表面积、孔容和孔径 BET 法 2018 - 07 - 16 发布 2018 - 08 - 16 实施 河北省质量技术监督局 发布 DB13/T 2768.4 2018 I 前 言 DB13/T 2768石墨烯粉体材料检测方法分为 5部分： 第 1部分：灰分的测定 ； 第 2部分：碳、氮、氢、硫、氧元素含量的测定 ； 第 3部分：电导率的测定 ； 第 4部分：比表面 积、孔容和孔径的测定 BET法 ； 第 5部分：热扩散系数的测定 闪光法 。 本部分为 DB13/

2、T 2768的第 4部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本部分由 廊坊市质量技术监督局 提出。 本部分起草单位：新奥石墨烯技术有限公司。 本部分主要起草人：李金来、赵彦乔、任秀强、丁晓龙、郑岩、崔秀菊、鲍秀瑾。 DB13/T 2768.4 2018 1 石墨烯粉体材料检测方法 第 4 部分：比表面积、孔容和孔径 BET 法 警示 使用本 标准 的人员应有正规实验室工作的实践经验。本 标准 并未指出所有可能的安全问 题。使用者有责任采取适当的安全 和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本 标准 规定了 BET法测定石墨烯 粉体 材料比表面积、孔 容

3、和孔径的 术语和定义、 原理、 仪器和 材料 、 试验 步骤、 试验 数据 处理、 数据精密度 、 试验记录和检验报告 、标样的使用 。 本 标准 适用于石墨烯粉体材料的比表面 积、孔容和孔径的测定。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 19587-2017 气体吸附 BET法测定固态物质比表 面积 3 术语和定义 GB/T 19587-2017中界定的以及 下列 术语和定义适用于本文件。 3.1 吸附 adsorption 吸附气体在固体材

4、料外表面和可到达的内表面上的富集。 GB/T 19587-2017，定义 3.1 3.2 物理 吸附 physisorption 吸附质弱的键合：压力和温度微小变动即可引发过程逆转的吸附。 GB/T 19587-2017，定义 3.2 3.3 吸附剂 adsorbent 发生吸附的固体材料。 GB/T 19587-2017，定义 3.5 3.4 吸附质 adsorbate DB13/T 2768.4 2018 2 被吸附的气体。 GB/T 19587-2017，定义 3.3 3.5 等温线 isotherm 恒定温度下，气体吸附量与气体平衡压力之间的关系曲线。 GB/T 19587-2017，

5、定义 3.6 3.6 吸附体积 volume adsorbed 标准状态下与吸附量等效的气体体积。 GB/T 19587-2017，定义 3.7 3.7 吸附量 adsorbed amount 在给定压力 p 和温度 T 下吸附的气体摩尔数。 GB/T 19587-2017，定义 3.8 3.8 饱和蒸气压 saturation vapour pressure 吸附 温度下，吸附质大量液化时的蒸汽压。 GB/T 19587-2017，定义 3.18 3.9 相对压力 relative pressure 平衡吸附压力与饱和蒸汽压力的比值。 GB/T 19587-2017，定义 3.15 3.10

6、 平衡吸附压力 equilibrium adsorption pressure 吸附物质与吸附质的平衡压力。 GB/T 19587-2017，定义 3.17 3.11 比表面积 specific surface area 单位质量或单位体积固态物质的表面积。 GB/T 19587-2017，定义 3.11 3.12 孔容积 pore volume of pores 材料中孔隙所占的体积。 3.13 DB13/T 2768.4 2018 3 孔径 pore size 材料中孔的直径。 3.14 介孔 mesopore 孔尺寸介于 2 nm 50 nm 之间的孔。 GB/T 19587-2017，

7、定义 3.14 3.15 微孔 micropore 孔尺寸小于或约等于于 2 nm 的孔。 GB/T 19587-2017，定义 3.15 4 原理 放到气体体系中的样品，其物质表面（颗粒外部和内部通孔的表面积）在低温下将发生物理吸附， 当吸附达到平衡时，测量平衡吸附压力和吸附的气体量，根据 BET方程（ 1）求出试样单分子层吸附量， 从而计算出试样的比表面积。 00 11)p( ppCVCCVpV p mm (1) 式中： Vm 标准状态下单层吸附的体积， cm3； V 吸附量， cm3； p 吸附时的平衡压力， Pa； p0 吸附气体在给定温度下的饱和蒸汽压， Pa； C BET常数，与吸

8、附热有关的常数。 令 0P P =X， )( 0 PPV P =Y， CVC m 1 =A， CV m 1 =B便得到一条斜率为 A截距为 B的直线方程， BAXY 作图如图（ 1）所示， 图 1 BET DB13/T 2768.4 2018 4 图 1在相对压力 P/P0为 0.05 0.15范围内通常是线性的，而两个端点有时会偏离直线，计算时偏离 的点应舍掉。 通过一系列相对压力 P/P0和吸附气体 量 V的测量，由 BET图或最小二乘法求出斜率 A和截距 B值，并 导出单层容量和 BET参数 C。 C值表示了吸附剂和吸附质之间的相互作用力，但不能用作定量计算吸附热， 采用吸附气体时，截距

9、相对斜率而言，往往是比较小的， C值 1。 质量比表面积 SW和体积比表面积 SV,可通过单层容量和每个分子在一个完整的单层上所占有的平 均面积求出。 BAV m 1 . (2) 1 BAC . (3) S= 0 mVNV . (4) 式中： S 表面积， m2； 吸附质分子横断面积， m2； N 阿佛伽德罗常数， 6.022 1023； V0 1摩尔吸附质的体积（标准态） ,22400cm3。 采用氮吸附气体时，其分子横断面积在 77 K温度下为 0.162 nm2， 则可按 公式 （ 5）求出固态物质的 比表面积。 m 35.4 mVSW . (5) 式中 ： SW 质量比表面积， m2/

10、g； m 试样质量， g。 WV SS . (6) 式中： SV 体积比表面积， m2/cm3； 试样材料的密度， g/cm3。 吸附等温线上最大的吸附量 Vmax对应的液体体积即为总孔体积 Vk。 m a x3m a x 1055.18 0 8.0 1282 2 4 0 0 VVV k . (7) 式中： VK 孔 体积， cm3/g； Vmax 最大吸附量， cm3/g。 按照圆桶形模型计算平均孔径： DB13/T 2768.4 2018 5 W kSVd 4 . (8) 式中： d 平均孔径， um； VK 孔体积， cm3/g。 5 仪器和材料 5.1 仪器 5.1.1 全自动物理吸附

11、仪 5.1.1.1 比表面积测量范围：不小于 0.0005m2/g。 5.1.1.2 孔径分析范围： 3.5 10-10m 5 000 10-10m。 5.1.1.3 温度控制：具有可控制压力变化和能够进行程序升温功能的真空脱气装置，温控范围 50 400。 5.1.1.4 压力传感器：配 备至少包括 1.33 105 Pa(1 000 torr), 1.33 103 Pa （ 10 torr） ,133 Pa (1 torr)三级压力传感器。 5.1.1.5 液位控制：配有可适用于液氮冷浴系统的液位控制装置，可保持实际液位恒定。 5.1.1.6 数据处理结果应包含：等温吸附线、 t-plot

12、、 BET、 BJH 介孔孔分布、 DFT、 NLDFT、 2D-NLDFT 微孔孔分布等多种报告。 5.1.2 分析天平 精度 0.000 1g。 5.1.3 恒温干燥箱 最高温度 200 1 。 5.2 材料 5.2.1 吸附气体：氮气，纯度 99.999%。 5.2.2 载气：氦气，纯度 99.999%。 5.2.3 液氮：应 有一定的纯度，使吸附气体的饱和蒸汽压力在测量过程中保持稳定。 6 试验 步骤 6.1 样品处理 6.1.1 取样 DB13/T 2768.4 2018 6 取适量具有代表性的样品， 在 120 1 的 恒温干燥箱中干燥 120 min，置于干燥器中冷却到室 温备用

13、。 6.1.2 样品管 清洁 将样品管超声清洁， 120 1 干燥 120 min，放入干燥器冷却至室温 备用。 6.1.3 称量 取 干燥后 样品， 以 介孔 为主的样品 称量 0.3 g， 以 微孔 为主样品 称量 0.05 g（精确到 0.0001g，样 品体积不超过样品瓶 2/3）。样 品应用长颈漏斗小心送入样品管中，不 应 沾壁。 6.2 脱气 利用程序升温及压力控制程序对样品进行脱气处理。脱 气时间 480 min， 脱气温度 300 ，脱气真 空度达到 1 Pa或者更低时即可 。 注： 可根据样品情况改变脱气时间和温度。 6.3 分析 6.3.1 试验条件 按 GB/T 1958

14、7中 6.2执行。 6.3.2 被吸附的气体量的测定方法 按 GB/T 19587中 6.3.1静态容量法执行。 7 试验 数据 处理 试验分析后，微孔保存 BET， DFT图表和数据，介孔保存 BET， BJH， DFT数据和图表。 8 数据精密度 所得比表面积结果精确至百位数。 9 试验记录和检验报告 9.1 试验记录 试验记录应按规定的格式、术语、符号和法定计量单位填写，并应至少包括以下内容： a) 试验项 目名称及记录编号； b) 试验日期； c) 试验依据标准及主要使用仪器设备名称； d) 试验数据； e) 试验结果及计算； f) 试验过程中发现的异常现象及其处理； g) 检验人员和审查人员； h) 其他需说明的问题。 DB13/T 2768.4 2018 7 9.2 检验报告 检验报告包括但不限于以下信息： a) 报告名称、编号、页号及总页数； b) 检验单位名称； c) 被检单位名称； d) 石墨烯试样标识； e) 检验项目及依据标准； f) 结果及结论； g) 审核和主检人员、检验日期。 10 标样的使用 按 GB/T 19587中 第 9章的要求 执行。 _