腐蝕性氣體吸附儀是一種用于測量和分析材料表面對腐蝕性氣體分子吸附行為的科學(xué)儀器。主要采用真空容量法原理,在低溫狀態(tài)下,通過控制不同的壓力點(diǎn),分別測量固體表面吸附或脫附的氣體的量,從而得到吸脫附等溫線。依據(jù)不同的理論模型(如BET模型),可以進(jìn)一步計(jì)算材料的比表面積、孔徑分布、孔體積等關(guān)鍵參數(shù)。此外,氣體置換法也是一種常用的測試方法,它以氣體取代液體測定樣品所排出的體積,具有不損壞樣品的優(yōu)點(diǎn),且測出的樣品體積更接近真實(shí)值。
腐蝕性氣體吸附儀的操作需嚴(yán)格遵循安全規(guī)范和實(shí)驗(yàn)流程,以確保人員安全、設(shè)備完好及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。以下是通用操作步驟:
一、操作前準(zhǔn)備
安全檢查與防護(hù)
確認(rèn)實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行,檢查通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行。
穿戴防護(hù)裝備:耐酸堿手套、護(hù)目鏡、防腐實(shí)驗(yàn)服,若涉及劇毒氣體(如Cl?),需佩戴防毒面具。
檢查尾氣處理裝置(如堿液吸收瓶)是否連接完好,吸收液(如NaOH溶液)濃度和量是否充足。
設(shè)備與試劑檢查
檢查氣體鋼瓶:確認(rèn)腐蝕性氣體(如HCl、SO?)和載氣(如N?)鋼瓶壓力正常,減壓閥、管路連接處無泄漏(可用肥皂水涂抹檢測氣泡)。
檢查管路與閥門:確認(rèn)耐蝕管路(PTFE、316L不銹鋼)、閥門無破損,開關(guān)狀態(tài)正確(初始狀態(tài)為“關(guān)閉”)。
檢查儀器核心部件:吸附反應(yīng)器(如石英管、合金管)是否清潔無殘留,溫控裝置(加熱爐)、流量控制器(MFC)、檢測系統(tǒng)(如氣體分析儀)電源連接正常。
樣品準(zhǔn)備
稱量待測試樣(如吸附材料顆粒、粉末),按實(shí)驗(yàn)要求裝入反應(yīng)器(固定床反應(yīng)器需均勻填充,避免空隙過大或堵塞)。
若需預(yù)處理(如脫附水分),提前規(guī)劃預(yù)處理?xiàng)l件(如真空度、溫度、時間)。
二、系統(tǒng)預(yù)處理(樣品與管路凈化)
管路吹掃
打開載氣(N?/Ar)鋼瓶閥門,調(diào)節(jié)減壓閥至設(shè)定壓力(通常0.1~0.3 MPa)。
依次打開載氣通路閥門、流量控制器,設(shè)定載氣流量(如50~100 mL/min),吹掃整個管路系統(tǒng)10~30分鐘,去除管路內(nèi)空氣和雜質(zhì)。
樣品預(yù)處理
將反應(yīng)器接入系統(tǒng),關(guān)閉腐蝕性氣體通路,保持載氣吹掃。
啟動加熱爐,按設(shè)定溫度(如100~300℃)加熱樣品,同時可開啟真空泵對系統(tǒng)抽真空(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求,真空度通常10?²~10?¹Pa),持續(xù)預(yù)處理1~3小時,脫附樣品表面吸附的水分、雜質(zhì)。
預(yù)處理結(jié)束后,關(guān)閉真空泵,保持載氣吹掃,待反應(yīng)器降溫至實(shí)驗(yàn)溫度(或常溫)。
三、吸附實(shí)驗(yàn)操作
參數(shù)設(shè)定
在控制系統(tǒng)中設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù):吸附溫度(通過溫控器設(shè)定)、氣體總流量(如100 mL/min)、腐蝕性氣體濃度(通過調(diào)節(jié)腐蝕性氣體與載氣的流量比例計(jì)算,如SO?濃度500 ppm)。
啟動檢測系統(tǒng)(如氣體分析儀、氣相色譜儀、微量天平),預(yù)熱至穩(wěn)定狀態(tài),校準(zhǔn)基線(確保初始信號無干擾)。
氣體通入與吸附過程
先關(guān)閉載氣通路,緩慢打開腐蝕性氣體鋼瓶閥門,調(diào)節(jié)減壓閥壓力與載氣一致。
按設(shè)定比例開啟腐蝕性氣體和載氣的流量控制器,使混合氣體進(jìn)入反應(yīng)器(注意:s次通入時需緩慢調(diào)節(jié)流量,避免沖擊樣品)。
實(shí)時監(jiān)測檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù):記錄氣體濃度變化(如出口氣體中腐蝕性氣體濃度隨時間降低,表明材料吸附)、樣品重量變化(重量法)或反應(yīng)溫度變化(若為放熱/吸熱吸附)。
保持實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定,直至檢測信號趨于平穩(wěn)(如出口氣體濃度與進(jìn)口一致,表明吸附達(dá)到平衡)。
過程記錄
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄時間、溫度、流量、氣體濃度、重量等參數(shù),生成吸附動力學(xué)曲線或等溫線。
實(shí)驗(yàn)中定期檢查系統(tǒng)是否泄漏(如聞氣味、觀察壓力變化),若發(fā)現(xiàn)異常立即關(guān)閉氣源,停止實(shí)驗(yàn)并處理。
四、實(shí)驗(yàn)后處理
停止通氣與系統(tǒng)吹掃
吸附平衡后,先關(guān)閉腐蝕性氣體鋼瓶閥門和流量控制器,保持載氣繼續(xù)吹掃反應(yīng)器30分鐘,將殘留腐蝕性氣體帶入尾氣處理裝置吸收。
關(guān)閉載氣鋼瓶閥門,停止加熱爐,待系統(tǒng)自然降溫至室溫。
樣品與設(shè)備處理
取出反應(yīng)器中的樣品,根據(jù)需求保存(如用于后續(xù)表征)或按危廢處理(若吸附了有毒氣體)。
用載氣或惰性氣體再次吹掃管路,避免殘留氣體腐蝕設(shè)備。
清潔檢測系統(tǒng)(如氣相色譜儀的進(jìn)樣口、色譜柱),關(guān)閉所有儀器電源。
數(shù)據(jù)整理與安全收尾
導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制吸附曲線(如吸附量-時間曲線、吸附等溫線),分析結(jié)果。
檢查通風(fēng)櫥、尾氣處理裝置是否正常,確認(rèn)無氣體泄漏后,整理實(shí)驗(yàn)臺。