煤質顆粒活性炭試驗方法—孔容積和比表面積的測定GB/T 7702.20-2008

中華人民共和國國家標準《煤質顆粒活性炭試驗方法—孔容積和比表面積的測定》，標準號：GB/T 7702.20-2008（本標準現行）。代替GB/T 7702.20-1997，GB/T 7702.21-1997。

前言

GB/T 7702《煤質顆粒活性炭試驗方法》分為：

—第1部分：水分的測定；

—第2部分：粒度的測定；

—第3部分：強度的測定；

—第4部分：裝填密度的測定；

—第5部分：水容量的測定；

—第6部分：亞甲藍吸附值的測定；

—第7部分：碘吸附值的測定；

—第8部分：苯酚吸附值的測定；

—第9部分：著火點的測定；

—第10部分：苯蒸氣 氯乙烷蒸氣防護時間的測定；

—第13部分：四氯化碳吸附率的測定；

—第14部分：硫容量的測定；

—第15部分：灰分的測定；

—第16部分：pH值的測定；

—第17部分：漂浮率的測定；

—第18部分：焦糖脫色率的測定；

—第19部分：四氯化碳脫附率的測定；

—第20部分：孔容積比表面積的測定。

本部分為GB/T 7702的第20部分。

本部分代替GB/T 7702.20-1997《煤質顆粒活性炭試驗方法—孔容積的測定》、GB/T 7702.21-1997《煤質顆粒活性炭試驗方法—比表面積的測定》。

本部分與GB/T 7702.20~21-1997相比，主要差異如下：

a) 標準結構按 GB/T 1.1-2000《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規則》及GB/T 20001.4-2001《標準化工作導則第4部分：化學分析方法》進行了調整； 

b) 將GB/T 7702.20-1997《煤質顆粒活性炭試驗方法—孔容積的測定》、GB/T 7702.21-1997《煤質顆粒活性炭試驗方法—比表面積的測定》整合為GB/T7702.20-2008《煤質顆粒活性炭試驗方法—孔容積和比表面積的測定》；

c) 增加第3章“術語和定義”；

d) 增加總孔容積、吸附等溫線、比表面積微孔容積、中孔容積的測定原理；

e) 增加吸附等溫線、大孔容積、中孔容積、微孔容積的測定。

本部分由中國兵器工業集團公司提出并歸口。

本部分起草單位：山西新華化工有限責任公司。

本部分主要起草人：韓沖云、李維冰、趙繼軍、趙洪海、元以棟、張旭、遲廣秀。

本部分所代替標準的歷次版本發布情況為：

—GB/T 7702.20-1987，GB/T 7702.20-1997；

—GB/T 7702.21-1987，GB/T 7702.21-1997。

1 范圍

本部分規定了煤質顆粒活性炭孔容積、比表面積的測定原理、測定步驟及結果計算等內容。

本部分適用于煤質顆粒活性炭孔容積、比表面積的測定，也適用于其他活性炭孔容積、比表面積的測定。

2 規范性引用文件

下列文件中的條款通過GB/T 7702的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據本部分達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

GB/T 678化學試劑 乙醇（無水乙醇）（GB/T 678-2002，ISO 6353-2：1983，NEQ）

GB 1922 油漆及清洗用溶劑油

GB/T 6682 分析實驗室用水規格和試驗方法（GB/T 6682-2008，ISO 3696：1987，MOD)

HG/T 3471 化學試劑 汞

3 術語和定義

下列術語和定義適用于GB/T 7702的本部分。

3.1 吸附 adsorption

吸附質分子在吸附劑表面的增稠或積聚過程。

3.2 平衡吸附 equilibrium adsorption

單位時間內離開吸附劑表面的分子數等于被吸附的分子數，而吸附態的分子總數始終保持不變。

3.3 吸附劑 adsorbent

對氣體或液體具有吸附作用的物質。

3.4 吸附質 adsorbate

吸附系統中可被吸附劑吸附的物質。

3.5 平衡吸附壓力 equilibrium adsorption pressure

達到平衡吸附時氣體的壓力。

3.6 飽和蒸氣壓力 saturation vapour pressure

在吸附溫度下完全液化了吸附質的蒸氣壓力。

3.7 相對壓力 relative pressure

在給定溫度下某一物質蒸氣的壓力與其飽和蒸氣壓力的比值。

3.8 吸附量 adsorption value

單位體積或質量吸附劑吸附吸附質的量。

3.9 平衡吸附量 equilibrium adsorptive capacity

平衡吸附時一定平衡條件下的吸附容量。

3.10 單分子層吸附 mono layer adsorption

單分子層的吸附。

3.11 滯后圈 hysteresis loop

吸附等溫線與解吸（脫附）等溫線不重合而形成的回線。

3.12 解吸 desorption

又稱脫附。物理吸附達到平衡后，平衡條件改變而使吸附質脫離吸附劑的現象。

3.13 吸附等溫線 adsorption isotherm

在恒定溫度下，達到平衡吸附時平衡壓力或相對壓力與對應的吸附量的關系曲線。

3.14 比表面積 specific surface area

單位質量吸附劑的總表面積。

3.15 總孔容積 total pore volume of pores

吸附劑中孔隙所占的體積。它是微型孔、中型孔和大型孔的容積之和。

3.16 大孔容積 pore volume of macropores

吸附劑中大孔孔隙所占的體積。

3.17 中孔容積 pore volume of mesopores

吸附劑中中孔孔隙所占的體積。

3.18 微孔容積 pore volume of micropores

吸附劑中微孔孔隙所占的體積。

3.19 真密度 real density，絕對密度 absolute density

不含孔隙容積和顆粒間空隙容積的吸附劑單位體積的質量。

3.20 顆粒密度 particle density

包含孔隙容積而不包含顆粒之間空隙容積的單位體積吸附劑顆粒的質量。

4 原理

4.1 總孔容積的測定原理

通過測定煤質顆粒活性炭的真密度、顆粒密度來計算其總孔容積。

4.1.1 真密度測量方法

本部分用NY-120溶劑油作為置換液，用比重瓶法測量煤質顆粒活性炭的真密度。

4.1.2 顆粒密度測量方法

一般用汞置換法測量顆粒密度。

4.2 吸附等溫線的測定原理

對經預處理的活性炭試料，在液氮溫度下吸附氮氣，當吸附達到平衡時，測量平衡吸附壓力和平衡吸附量，完成一個點測量后，重復上述過程，獲得平衡壓力由低到高直到飽和蒸氣壓的各點吸附量；以吸附量為縱坐標，相對壓力為橫坐標作圖，即得到液氮溫度下的吸附等溫線。繼續測定解吸等溫線，在相同的平衡壓力下吸附過程與解吸過程中的吸附量不同，反映在等溫線上，吸附和解吸線在一定的區域內構成一個環狀線，該環狀線稱為“滯后圈”，從低壓開始出現的分離點成為滯后圈起點，ρ/ρ0接近1.0時吸附和解吸線閉合，該點稱為滯后圈的終點。

4.3 比表面積的測定原理

把相對壓力0.05~0.35范圍內的吸附等溫線數據，按BET方程式（二常數公式），求出試料單分子層吸附量，根據吸附質分子截面積，即可計算出活性炭試樣的比表面積。

4.4 微孔容積的測定原理

根據吸附等溫線滯后圈起點在縱坐標上對應的吸附量換算成液態體積，即為微孔容積。

4.5 中孔容積的測定原理

根據吸附等溫線滯后圈終點的吸附量減去滯后圈起點的吸附量換算成液態體積，即為中孔容積。

5 試劑和材料

5.1 水，GB/T 6682，三級水。

5.2 溶劑油，NY-120，GB 1922。

5.3 汞，HG/T 3471，分析純。

5.4 無水乙醇，GB/T 678，分析純。

5.5 氮氣，高純氮氣，純度99.99 %。

5.6 液氮。

6 儀器裝置

6.1 帶毛細管磨口塞的比重瓶（以下簡稱比重瓶），25mL。

6.2 顆粒密度測定裝置（見圖1），由以下部件組成：

6.2.1 試樣管，5mL。

6.2.2 貯汞瓶，500mL廣口瓶。

6.2.3 U型壓力計。

6.2.4 量管，粗細均勻的玻璃管（L＞900mm），用汞標定其橫截面積，在其上端刻一標線O。

6.2.5 標尺，可用坐標紙。

6.2.6 緩沖瓶。

6.2.7 玻璃三通活塞。

6.2.8 玻璃兩通活塞。

6.3 電熱恒溫干燥箱，0℃~300℃。

6.4 分析天平，感量0.0001g。

6.5 干燥器，內裝變色硅膠或無水氯化鈣。

6.6 溫度計，0℃~50℃。

6.7 帶蓋稱皿。

6.8 真空泵。

6.9 全自動靜態吸附分析儀（采用低溫氮容量法）。

6.10 脫氣裝置。

6.11 量杯，2mL。

6.12 液氮貯罐。

6.13 液氮冷阱。

7 試樣及其制備

對所送樣品用四分法取出試樣，將試樣置于150℃±5℃的電熱恒溫干燥箱內干燥2h，取出放入干燥器中冷卻備用（試樣水分不大于1%不需干燥）。

8 測定步驟

8.1 真密度測定步驟

8.1.1 將比重瓶及毛細管磨口塞編號，用水標定比重瓶容積，記作V（精確至0.0001L），用分析天平稱量比重瓶質量，記作m0（精確至0.0001g）。

8.1.2 將NY-120溶劑油注入比重瓶內，塞上毛細管磨口塞，用干凈紗布拭干外表面，立即在分析天平上稱量（精確至0.0001g），此比重瓶加NY-120溶劑油質量，記作m1。按此法測量不同溫度下的m1，計算NY-120溶劑油的密度ρ，繪制NY-120溶劑油的密度ρ隨溫度變化的關系曲線。

8.1.3 稱取2g±0.2g（精確至0.0001g）已烘干的試料，小心地加入到上述比重瓶內，加入15mL~20mL NY-120溶劑油，蓋上毛細管磨口塞，靜置17h~20h，搖動比重瓶，無氣泡溢出后，加滿NY-120溶劑油，塞上毛細管磨口塞，用干凈紗布拭干表面后，立即在分析天平上稱量（精確至0.0001g），此比重瓶加NY-120溶劑油加試料的質量，記作m2，同時測量此時的溶劑油溫度。

8.2 顆粒密度測定步驟

8.2.1 試樣管容積的標定

8.2.1.1 接通K1、K5，啟動真空泵，對系統抽真空5min。

8.2.1.2 關閉K5，打開K3，通過K2放人空氣，使汞面上升到量管H上的標線O處。

8.2.1.3 關閉K3，接通K5，使汞充滿試樣管。

8.2.1.4 停泵，將K1與大氣連通，使系統內保持101.325 kPa，這時，記錄量管內汞面高度A（OA段量管內汞的體積即為試樣管的容積）。

8.2.2 將K1與真空泵連通，開動真空泵，接通K2，對貯汞瓶抽空，關閉K2。打開K3、K5，使量管及試樣管內的汞流回貯汞瓶，當汞下降到接近K3時停泵，使K1與大氣連通。

8.2.3 取干燥冷卻后的試樣5mL左右，在分析天平上稱量（精確至0.0001g），小心放入試料管中，然后按8.2.1.1和8.2.1.2的操作步驟使汞升至量管0點。關閉K3，打開K5，使汞充滿試樣管中的剩余空間。停泵，將K1連通大氣，這時記錄量管內汞面高度B（OB段量管體積即為試樣管內剩余空間的體積）。

8.2.4 按8.2.2操作步驟使汞流回貯汞瓶內。

8.2.5 取下試樣管，清理干凈備用。

8.3 吸附等溫線的測定步驟

8.3.1 開啟全自動靜態吸附分析儀系統。

8.3.2 打開操作程序，建立樣品信息文件。

8.3.3 稱量試料管組件的質量，精確至0.0001g。

8.3.4 將0.1g~0.3g（約2mL）試料裝入試料管中。

8.3.5 將試料管組件安裝在脫氣口上開始脫氣。

8.3.6 脫氣完成后，稱量試料管組件及試料的質量，精確至0.0001g。

8.3.7 將液氮裝人液氮冷阱中（注意防止液氮濺出傷人），并安裝在全自動靜態吸附分析儀上。

8.3.8 將脫氣后的試料管安裝到分析口，在液氮溫度下進行對氮吸附等溫線的測試。

8.3.9 測量每點平衡壓力和平衡吸附量。

8.3.10 測量試料管中吸附質的飽和蒸氣壓。

8.3.11 試驗完畢，關閉全自動靜態吸附分析儀系統，卸下試料管組件。

9 結果計算

9.1 計算真密度

9.1.1 計算NY-120溶劑油的密度

NY-120溶劑油密度以ρ計，數值以克每立方厘米（g/cm2）表示,按式（1）計算：

ρ=（m1-m0）/V（1）

式中：

m1—比重瓶與NY-120溶劑油質量和的數值，單位為克（g）；

m0—比重瓶質量的數值，單位為克（g）；

V—比重瓶容積的數值，單位為立方厘米（cm2）。

采用式（1），計算不同溫度下的ρ值，以ρ為縱坐標，溫度為橫坐標，可得出NY-120溶劑油的密度隨溫度變化的關系曲線。

9.1.2 真密度的計算

真密度以d1計，數值以克每立方厘米（g/cm3）表示，按式（2）計算：

d1=（m×ρ）/[（m1+m）-m2]（2）

式中：

m—試料質量的數值，單位為克（g）；

ρ—NY-120溶劑油密度的數值，單位為克每立方厘米（g/cm3）；

m1—比重瓶與NY-120溶劑油質量和的數值，單位為克（g）；

m2—比重瓶與NY-120溶劑油加試料質量和的數值，單位為克（g）。

9.2 計算顆粒密度

顆粒密度以d2計，數值以克每立方厘米（g/cm3）表示，按式（3）計算：

d2=m/[s（B-A）]（3）

式中：

m—試料質量的數值，單位為克（g）；

s—量管H截面積的數值，單位為平方厘米（cm2）；

B、A—量管H內汞面高度的數值，單位為厘米（cm）。

9.3 計算總孔容積

總孔容積以V∑計，數值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（4）計算：

V∑=1/d2-1/d1d（4）

式中：

d1—真密度的數值，單位為克每立方厘米（g/cm3）；

d2—顆粒密度的數值，單位為克每立方厘米（g/cm3）。

9.4 繪制吸附等溫線

以平衡壓力時1g活性炭所吸附的氮氣體積值為縱坐標，相對壓力為橫坐標作圖，即得該活性炭試料的吸附等溫線。

9.5 計算單分子層吸附量

9.5.1 根據BET方程二常數公式，計算單分子層吸附量Vm，數值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（5）計算：

ρ/[Va（ρ0-ρ）]=[1/（Vm×C）]+[（C-1）/（Vm×C）]×（ρ/ρ0）（5）

式中：

ρ—吸附平衡壓力的數值，單位為帕（Pa）；

ρ0—液氮溫度下，被吸附氣體飽和壓力的數值，單位為帕（Pa）；

Va—平衡壓力下，試料所吸附氮氣體積的數值，單位為立方厘米（cm3）；

C—與吸附熱有關的常數；

ρ/ρ0—吸附質相對壓力的數值。

9.5.2 在0.05~0.35的相對壓力范圍內，對式（5）進行線性回歸，可得到斜率a和截距b，單分子層吸附量Vm，按式（6）計算：

Vm=1/（a+b）（6）

式中：

a—式(5)線性回歸斜率的數值，單位為克每立方厘米（g/cm3）；

b—式(5)線性回歸截距的數值，單位為克每立方厘米（g/cm3）。

9.6 計算比表面積

比表面積以S計，數值以平方米每克（m2/g）表示，按式(7)計算：

S= 4.353×Vm（7）

式中：

Vm—單分子層吸附量的數值，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

4.353—換算系數，單位為平方米每立方厘米（m2/cm3）。

9.7 計算微孔容積

微孔容積以Vmi計，數值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（8）計算：

Vmi=ami×0.00155（8）

式中：

ami—滯后環起點對應吸附量的數值，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

0.00155—換算系數。

9.8 計算中孔容積

中孔容積以Vt計，數值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（9）計算：

Vt=（at-ami）×0.00155（9）

式中：

at—滯后環終點對應吸附量的數值，單位為立方厘米每（cm3/g）；

ami—滯后環起點對應吸附量的數值，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

0.00155—換算系數。

9.9 計算大孔容積

大孔容積以Vmn計，數值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（10）計算：

Vmn=V∑-at×0.00155（10）

式中：

Vmn—總孔容積的數值，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

at—滯后環終點對應吸附量的數值，單位為立方厘米每克（cm3/g）；

0.00155—換算系數。

10 精密度

10.1 每個樣品做兩份試料的平行測定，真密度測定結果的允許差值不大于0.03g/cm3，顆粒密度測定結果的允許差值不大于0.01g/cm3，孔容積以算術平均值表示，精確至百分位。

10.2 比表面積允許誤差值不大于10%，結果以算術平均值表示，精確至整數位。

11 試驗報告

試驗報告應包括以下幾個方面的內容：

a) 試樣編號；

b) 使用的標準；

c) 使用的方法；

d) 試驗項目；

e) 試驗結果；

f) 試驗人員；

g) 試驗日期。