Xác định diện tích bề mặt riêng của cacbon hoạt tính (đường hấp phụ đẳng nhiệt loại I) bằng phương pháp BET

Than hoạt tính và zeolit có cấu trúc vi mao quản (micropore) nên đường đẳng nhiệt hấp phụ thường thuộc loại I. Khi xác định diện tích bề mặt riêng BET của các vật liệu loại này, diện tích bề mặt riêng thường cho kết quả thấp hơn thực tế vì lý thuyết BET không còn chính xác. Điều này là do sự hiện diện của các lỗ xốp có kích thước siêu nhỏ mà việc hấp phụ các phân tử khí đồng đều trong lòng vật liệu không thể đạt như mong muốn. Phần dưới đây sẽ trình bày thêm về các xác định diện tích bề mặt riêng dành cho các loại vật liệu có đường cong hấp phụ đẳng nhiệt loại I tương tự.

Than hoạt tính (AX21) có đường hấp phụ đẳng nhiệt và đồ thị BET (N₂ tại 77,4K) được thể hiện trong Hình 1. Khi điểm đầu và điểm cuối được chọn trong khoảng P/P₀ = 0,05-0,3 (đây dải áp suất tương đối để hình thành lớp đơn lớp hấp phụ), tương tự như các đường đẳng nhiệt hấp phụ Loại II và IV, hệ số tương quan tuyến tính của đường thẳng trong đồ thị BET gần bằng 1, nhưng giá trị hằng số C (điểm giao giữa đường thẳng và trục tung) có giá trị âm và vì thế phương trình cân bằng BET không hình thành được.

Hình 1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt và đồ thị BET của than hoạt tính (AX21) (N₂ tại 77,4K)

Trong trường hợp này, có một biểu đồ cong hình chuông được Rouquerol và cộng sự đề xuất như một cách xác định phạm vi áp suất tương đối mà phương trình BET có thể hình thành. Đây là một đồ thị trong đó mẫu số của trục Y của đồ thị BET được lấy làm trục tung và áp suất tương đối được lấy làm trục hoành, và hình thành được một đường cong lồi như Hình 2 với 1 đỉnh. Đỉnh cực đại này sẽ hình thành mà tại đó nếu áp suất tương đối tiếp tục tăng thì quá trình hấp phụ đa lớp sẽ bắt đầu. Diện tích bề mặt riêng BET được xác định bằng cách lấy giá trị áp suất tương đối tại điểm cực đại làm điểm cuối của đồ thị BET và chọn một điểm bắt đầu có áp suất tương đối thấp sao cho hằng số C không có giá trị âm. Từ đó tính toán được  diện tích bề mặt riêng S_BET là 2650 m₂/g (C: 124, Hệ số tương quan: 0,9997) và nó cao hơn so với giá trị ban đầu ở hình 1 tính toán được.

 Hình 1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt và đồ thị BET của than hoạt tính (AX21) (N₂ tại 77,4K)

Phương pháp này cũng được mô tả trong Phụ lục của ISO9277 và phần mềm phân tích BELMaster7 của chúng tôi trên các dòng sản phẩm của MicrotracBEL cũng sẽ có một chức năng tương tự mà bất kỳ người dùng nào cũng có thể dễ dàng xác định giới hạn phạm vi áp suất tương đối để xác định S_BET.

Tìm hiểu về sản phẩm thiết bị hấp phụ khí vật lý/ hóa học của Microtrac: tại đây.