Под удельной поверхностью обычно понимают площадь по­верхности твердого тела, отнесенную к его массе. В пористом материале она представляет собой в основном «внутреннюю» поверхность, которую образуют многочисленные поры. В прин­ципе, определение удельной поверхности основано на допуще­нии, что изотерма адсорбции азота позволяет определить объем мономолекулярного покрытия. Используя известное значение посадочной площадки молекулы азота в. адсорбированном состоянии, можно тогда рассчитать и удельную поверхность сорбента. В настоящее время для расчетов используют метод Брунауэра, Эмметта и Теллера (метод БЭТ) [22]. Основу этого метода составляет так называемое уравнение БЭТ:

Т. щСрг

ПЛ = (-рг)( — рг + Срг) (5’2)

Где т4—масса адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента;

— масса адсорбта, необходимая для образования монослоя; С — кон­станта уравнения БЭТ; р, — относительное давление р! р<>.

Преобразование этого уравнения к виду

Рг/тЛ 0 — Рг) = {/"LMC + (С ~ !) Рг!тМС <5-3)

Позволяет представить изотерму БЭТ в виде прямолинейного графика. Для практического применения метода БЭТ необхо­димо выполнить по меньшей мере 3—6 измерений в интер­вале 0,05 < р, sg 0,30, например при р, = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 и 0,25. По результатам измерений рассчитывают вначале

IzL.

Л

M

0,1 0,2

Рг=Р/Ро

Члена 1 /тмС. Удельная поверхность Os (в м2/г) рассчитывается по формуле:

(5.4)

0,3

Os*=mMNL ■ 16,2- 1020/AfЈ

Где NL — число Лошмядта, NL — 6-Ю23; М — молекулярная масса азота; Е— навеска активного угля, г.

Принято считать, что посадочная площадка молекулы азота при температуре 77,4 К составляет 0,162 нм2 [23].

Наиболее точным и распространенным методом измерения адсорбции азота является объемный метод. Однако часто при­меняется и весовой метод измерения на очень чувствительных вакуумных микровесах. При этом необходимо тщательное термостатирование образца.

Удельная поверхность рассчитывается в соответствии с D1N 66131 [24]. По этому стандарту можно выполнить и уп­рощенный расчет. Например, с помощью так называемого ме­тода одной точки можно провести прямую БЭТ через начало координат. Это возможно при допущении, что в уравнении (5.2) С>1 и 1 /С<Ср,-. Отсюда тм — тА{ 1—Рг). Это упро­щение послужило основой для разработки Хаулом и Дюмбге — ном автоматического прибора для измерения удельной поверх­ности [25].

Иногда вместо азота используются и другие газы со сле­дующими значениями посадочных площадок (в нм2) [25]:

Аргон при 77,4 К 0,138

Аргон при 90,2 К 0,138

Криптон при 77,4 К 0,202 Криптон при 90,2 К 0,214

При определении удельных поверхностей нередки значитель­ные отклонения в результатах, особенно при замене одного адсорбтива на другой. Однако и при использовании азота наблюдаются расхождения в экспериментальных данных по­рядка ±10 %. Причиной служат многочисленные упрощения в уравнении БЭТ, например, допущения об одинаковой тепло­те адсорбции для всех молекул первого адсорбционного слоя и о том, что в последующих слоях эта теплота равна теплоте конденсации. Несмотря на это метод БЭТ для определения удельной поверхности широко вошел в практику.

Удельную поверхность определяют также по методу Кисе­лева [27], в котором для расчета используются изотермы адсорбции-десорбции, точнее, участок петли гистерезиса. Одна-

Ко метод пригоден только для материалов, содержащих пере­ходные поры.

На основании потенциальной теории Дубинина Каганер [28] вывел уравнение изотермы для области мономолекулярно­го покрытия, которым также можно пользоваться для расчета удельной поверхности.

Известен метод Липпенса и де Бура [29], в котором для расчета удельной поверхности используется толщина слоя адсор­бента, определенная по методике БЭТ (см. также следующий раздел).

Другие методы определения удельной поверхности, напри­мер метод измерения газовой проницаемости по Блэйну [30], не нашли распространения. Исключение составляет измерение адсорбции иода, которое оказалось особенно ценным экспресс — методом в лабораторной практике. Способ, использующий мало­угловое рассеянпе рентгеновских лучей для расчета удельной поверхности, требует дорогостоящей аппаратуры и для углей с закрытыми порами дает искаженные (за счет поверхности этих пор) результаты.