腐蚀性气体吸附仪是一种用于测量和分析材料表面对腐蚀性气体分子吸附行为的科学仪器。主要采用真空容量法原理,在低温状态下,通过控制不同的压力点,分别测量固体表面吸附或脱附的气体的量,从而得到吸脱附等温线。依据不同的理论模型(如BET模型),可以进一步计算材料的比表面积、孔径分布、孔体积等关键参数。此外,气体置换法也是一种常用的测试方法,它以气体取代液体测定样品所排出的体积,具有不损坏样品的优点,且测出的样品体积更接近真实值。
腐蚀性气体吸附仪的操作需严格遵循安全规范和实验流程,以确保人员安全、设备完好及数据准确性。以下是通用操作步骤:
一、操作前准备
安全检查与防护
确认实验在通风橱内进行,检查通风系统正常运行。
穿戴防护装备:耐酸碱手套、护目镜、防腐实验服,若涉及剧毒气体(如Cl₂),需佩戴防毒面具。
检查尾气处理装置(如碱液吸收瓶)是否连接完好,吸收液(如NaOH溶液)浓度和量是否充足。
设备与试剂检查
检查气体钢瓶:确认腐蚀性气体(如HCl、SO₂)和载气(如N₂)钢瓶压力正常,减压阀、管路连接处无泄漏(可用肥皂水涂抹检测气泡)。
检查管路与阀门:确认耐蚀管路(PTFE、316L不锈钢)、阀门无破损,开关状态正确(初始状态为“关闭”)。
检查仪器核心部件:吸附反应器(如石英管、合金管)是否清洁无残留,温控装置(加热炉)、流量控制器(MFC)、检测系统(如气体分析仪)电源连接正常。
样品准备
称量待测试样(如吸附材料颗粒、粉末),按实验要求装入反应器(固定床反应器需均匀填充,避免空隙过大或堵塞)。
若需预处理(如脱附水分),提前规划预处理条件(如真空度、温度、时间)。
二、系统预处理(样品与管路净化)
管路吹扫
打开载气(N₂/Ar)钢瓶阀门,调节减压阀至设定压力(通常0.1~0.3 MPa)。
依次打开载气通路阀门、流量控制器,设定载气流量(如50~100 mL/min),吹扫整个管路系统10~30分钟,去除管路内空气和杂质。
样品预处理
将反应器接入系统,关闭腐蚀性气体通路,保持载气吹扫。
启动加热炉,按设定温度(如100~300℃)加热样品,同时可开启真空泵对系统抽真空(根据实验需求,真空度通常10⁻²~10⁻¹Pa),持续预处理1~3小时,脱附样品表面吸附的水分、杂质。
预处理结束后,关闭真空泵,保持载气吹扫,待反应器降温至实验温度(或常温)。
三、吸附实验操作
参数设定
在控制系统中设置实验参数:吸附温度(通过温控器设定)、气体总流量(如100 mL/min)、腐蚀性气体浓度(通过调节腐蚀性气体与载气的流量比例计算,如SO₂浓度500 ppm)。
启动检测系统(如气体分析仪、气相色谱仪、微量天平),预热至稳定状态,校准基线(确保初始信号无干扰)。
气体通入与吸附过程
先关闭载气通路,缓慢打开腐蚀性气体钢瓶阀门,调节减压阀压力与载气一致。
按设定比例开启腐蚀性气体和载气的流量控制器,使混合气体进入反应器(注意:s次通入时需缓慢调节流量,避免冲击样品)。
实时监测检测系统数据:记录气体浓度变化(如出口气体中腐蚀性气体浓度随时间降低,表明材料吸附)、样品重量变化(重量法)或反应温度变化(若为放热/吸热吸附)。
保持实验条件稳定,直至检测信号趋于平稳(如出口气体浓度与进口一致,表明吸附达到平衡)。
过程记录
数据采集系统自动记录时间、温度、流量、气体浓度、重量等参数,生成吸附动力学曲线或等温线。
实验中定期检查系统是否泄漏(如闻气味、观察压力变化),若发现异常立即关闭气源,停止实验并处理。
四、实验后处理
停止通气与系统吹扫
吸附平衡后,先关闭腐蚀性气体钢瓶阀门和流量控制器,保持载气继续吹扫反应器30分钟,将残留腐蚀性气体带入尾气处理装置吸收。
关闭载气钢瓶阀门,停止加热炉,待系统自然降温至室温。
样品与设备处理
取出反应器中的样品,根据需求保存(如用于后续表征)或按危废处理(若吸附了有毒气体)。
用载气或惰性气体再次吹扫管路,避免残留气体腐蚀设备。
清洁检测系统(如气相色谱仪的进样口、色谱柱),关闭所有仪器电源。
数据整理与安全收尾
导出实验数据,绘制吸附曲线(如吸附量-时间曲线、吸附等温线),分析结果。
检查通风橱、尾气处理装置是否正常,确认无气体泄漏后,整理实验台。