[科普中國]-粉末比表面

粉末比表面(specific surface area of pow—ders)單位質(zhì)量或單位體積粉末顆粒具有的總表面積。它通常以m/g或m/cm表示，是用來表示粉末活性的一種粉末性能。前者稱質(zhì)量比表面，后者稱體積比表面。

測定方法通常用氣體吸附法來測定，其與粉末顆粒尺寸、形狀、表面粗糙度、結(jié)構(gòu)等許多因素有關(guān)。通常，粉末愈細(xì)、顆粒形狀愈不規(guī)則、顆粒表面愈粗糙、顆粒結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，其比表面愈大。粉末比表面愈大，顆粒之間的摩擦力也愈大，粉末比表面對于粉末的松裝密度、振實密度、流動性、壓縮性和成形性等粉末性能具有較大影響。一般情況下，粉末比表面愈大，其松裝密度愈小，流動性愈差，經(jīng)振實后粉末密度增大得愈多，而壓縮性降低，成形性能提高?？刂品勰┑谋缺砻鏁岣吖に囆阅艿姆€(wěn)定性。因為大多數(shù)反應(yīng)都是在顆粒表面上進(jìn)行，因此測量比表面對控制燒結(jié)過程也是相當(dāng)重要的。

測量方法測量粉末比表面的方法很多，有容量法、質(zhì)量法和連續(xù)流動色譜法。所有測量方法都是通過測量吸附的氣體量來實現(xiàn)的。現(xiàn)以簡易BET裝置(見圖)為例，簡要描述粉末比表面的測量過程。簡易BET裝置示意圖l—u形管壓力計；2～5一兩通閥6樣品管；7一液氮浴

測量前應(yīng)對樣品進(jìn)行真空脫氣處理，當(dāng)真空度達(dá)到要求時，充入已知體積的氮氣，然后把液氮浴套在樣品管上，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時，進(jìn)行吸附測量，最后移開液氮浴，測量完畢。1

計算公式吸附氣體體系中的粉末樣品，在低溫下，物質(zhì)表面將發(fā)生物理吸附，其各量之間的關(guān)系服從BET方程，如下式：204，麗鷥浠一鎊p/p0V(1-p/p0)=C-1/VmC*p/p0+1/VmC式中聲為吸附平衡時吸附氣體的壓力，Pa；p0。為吸附溫度下吸附氣體的飽和蒸氣壓，Pa；Vm為單分層吸附氣體量，cm；C為與吸附熱和冷凝熱有關(guān)的常數(shù)。在相對壓力p/p0為O．05～O．35范圍內(nèi)，BET方程為線性關(guān)系。通過一系列相對壓力和吸附氣體量的測定，由(p/p0/[V(1一p/p0)]對p/p0。作圖，便可得到一條直線，再由直線的斜率和截距求出樣品的單層吸附量，再由下式計算出粉末的比表面積。S=VmóN/V0m

式中S為粉末質(zhì)量比表面積，m2/g；ó為吸附氣體分子橫斷面積，m；N阿佛加德羅常數(shù)6．022×10；V0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1mol吸附氣體的體積，22．414×10cm；m為試驗樣品的質(zhì)量，g。

吸附氣體選擇通常選用氮為吸附氣體，當(dāng)測量的比表面很小時，常選用氬或氪作為吸附氣體。

比表面積釋文比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積。分外表面積、內(nèi)表面積兩類。國標(biāo)單位m2/g。理想的非孔性物料只具有外表面積，如硅酸鹽水泥、一些粘土礦物粉粒等；有孔和多孔物料具有外表面積和內(nèi)表面積，如石棉纖維、巖（礦）棉、硅藻土等。測定方法有容積吸附法、重量吸附法、流動吸附法、透氣法、氣體附著法等。比表面積是評價催化劑、吸附劑及其他多孔物質(zhì)如石棉、礦棉、硅藻土及粘土類礦物工業(yè)利用的重要指標(biāo)之一。石棉比表面積的大小，對它的熱學(xué)性質(zhì)、吸附能力、化學(xué)穩(wěn)定性、開棉程度等均有明顯的影響。

測量固體有一定的幾何外形，借通常的儀器和計算可求得其表面積。但粉末或多孔性物質(zhì)表面積的測定較困難，它們不僅具有不規(guī)則的外表面，還有復(fù)雜的內(nèi)表面。通常稱1g固體所占有的總表面積為該物質(zhì)的比表面積S （specific surface area，m2/g）。多孔物比表面積的測量，無論在科研還是工業(yè)生產(chǎn)中都具有十分重要的意義。一般比表面積大、活性大的多孔物，吸附能力強(qiáng)。測定比表面積方法有氣體吸附法和溶液吸附法兩類。

粉塵粒子愈細(xì)，比表面積愈大。細(xì)粒子常常表現(xiàn)出顯著的物理和化學(xué)活動性，如氧化、溶解、蒸發(fā)、吸附、催化以及生理效應(yīng)等都能因細(xì)粒子比表面大而被加速。有些粉塵的爆炸危險性和毒性隨粒度的減小而增加，原因即在于此。粉塵的潤濕性和粘附性也與其比表面積相關(guān)聯(lián)。2

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)關(guān)于比表面積測試的現(xiàn)行有效國家標(biāo)準(zhǔn)約有十幾個，現(xiàn)列舉幾個比較常用的國家標(biāo)準(zhǔn)方法：

GB/T 19587-2004 《氣體吸附BET法測定固態(tài)物質(zhì)比表面積》

GB/T 13390-2008 《金屬粉末比表面積的測定 氮吸附法》

GB/T 7702.20-2008 《煤質(zhì)顆粒活性炭試驗方法比表面積的測定》

GB/T 6609.35-2009 《氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測定方法 第35部分：比表面積的測定 氮吸附法》

SY/T 6154-1995 《巖石比表面和孔徑分布測定 靜態(tài)氮吸附容量法》

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)