Способ измерения объема твердого тела

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 18. 02.80 (21) 2899308/1 8-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 15 ° 12 ° 81. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 15 .12 .81

Союэ Советских

Социалистических

Республик ()890162 (51) М. Кл.

О1 N 15/08

3Ъеударотеениый комитет

СССР па делам изобретений н открытий (53) УДК 539.217. .1 (088. 8) (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ТВЕРДОГО ТЕЛА

Изобретение относится к физикохимическим методам исследования твердых тел, а именно к измерению их объема для определения однородности и структуры веществ, численными характеристиками которых являются плотность и объем пористости.

tlpvi исследовании пористости твердого тела измерение объема его навески, так называемые пикнометрические измерения, проводят с использованием.целого ряда пикнометрических веществ как жидких, так и газообразных, отличающихся размерами и формой молекул.

Зависимость величины плотности твердого пористого тела от размеров молекулы использованного пикнометрического вещества свидетельствует о наличии в объеме тела таких пор, которые доступны лишь молекулам веществ, дающих более высокое значение плотности. Использование такого метода позволяет определить не только характер пористости, но и рассчитать величину объемов пор определенного размера. Для определения объема пор, включая супермикро- и микропоры, т.е. поры более 0,6 нм, объем исследуемого тела измеряют с помощью жидких пикнометрических веществ, например изооктана, октана, бензола и т.д> размер молекул которых составляет около 0,6-0,7 нм. Это определение то основано на том факте, что плотность пикнометрической жидкости остается постоянной во всем объеме измерительной системы и в гористости и.сследуемого тела, т.е. не изменяется при

15 контакте, с твердым телом.

Для определения объема наиболее мелкой открытой пористости в качестве пикнометрического вещества используют газы. Однако необходимым успо20 вием для этого является полное отсутствие процесса адсорбции. В том случае, когда зто условие не соблюдается, результаты измерения объема

890162 тела и расчета его плотности не соответствуют действительным значениям, причем степень искажения действитель" ного значения объема непосредственно зависит от величины адсорбции в дан-. ной системе, Наиболее подходящим газом для пикнометрического исследования пористых тел является гелий, молекула которого, состоящая из одного атома, имеет наименьший размер, равный 0,2 нм, и который характеризуется черезвычайно низкой адсорбируемостью большинством материалов, Плотность пористого тела, измеренная с помощью гелия, эа

Счет проникновения его молекул в наиболее мелкие поры, имеет наиболее высокое значение по сравнению с плотностью по другим пикнометрическим веществам и несет в себе черезвычайно важную информацию о пористости данного тела, Известен способ экспериментального определения объема навески вещества по газам, основанный на измерении давления в камере с испытуемым образцом при сжатии воздуха в подключенной к камере бюретке $1).

Основными недостатками способа являются необходимость использовать ртуть и необходимость точного измерения давления, что не позволяет проводить исследование образцов при повышенных температурах, например, более 500 К, в то время как известно, что пикнометрические измерения по газам, в том числе и по гелию, материалов, характеризующихся высокой адсорбционной активностью, например углеродных адсорбентов, возможны лишь при температуре 600 К и выше.

Наиболее близок к предлагаемому способ измерения объема твердого тела путем помещения его в камеру с измеряемым объемом, вакуумирования камеры, заполнения ее газом, например гелием, при определенном постоянном давлении и изменения объема камеры до достижения в ней строго определенного давления, фиксируемого, например, чувствительным датчиком.

Величина изменения объема камеры позволяет рассчитать объем твердого тела (21.

Однако известный способ не позволяет проводить термодесорбционную подготовку исследуемого образца, требует тщательного вакуумирования камеры и соблюдения постоянства температуры и первоначального давления в системе. Использование переменного объема и чувствительного датчика, фиксирующего строго определенное давление в системе, позволяет проводить измерения при температурах не выше 300-310 К, что ограничивает ассортимент исследуемых материалов лишь теми, которые не сорбируют ис-!

О пользуемый пикнометрический газ, и ассортимент пикнометрических газов теми, которые не сорбируются исследуемым материалом.

Цель изобретения - повышение точ15 ности измерения, расширение ассортимента исследуемых материалов и приме няемых пикнометрических газов и увеличение температурного диапазона измерений. ув Указанная цель достигается тем, что исследуемый образец помещают в .камеру постоянного объема, через которую с постоянной скоростью пропускают пикнометрический гаэ, д например гелий, камеру нагревают до необходимой температуры, например

600-800 К, для термо-десорбционной подготовки исследуемого образца, затем камеру отсекают от потока пикнометрического газа, а пикнометрический газ вытесняют из камеры потоком газа-носителя, определяют при этом содержани1з пикнометрического газа в потоке газа-носителя, а объем вытесняемого телом газа.рассчитывают

35 как разность содержания пикнометрического газа в потоке газа-носителя в случае пустой камеры и камеры, заполненной исследуемым телом.

Проводились сравнительные испы о тания известного и предлагаемого способов. Измерение объемов проводили с использованием гелия и азота в качестве пикнометрических газов по предлагаемому способу на специально изготовленной установке и с помощью воздушно-гелиевого пикнометра модели

1303 фирмы Культроникс, принцип действия которого основан на известном способе.

В таблице приведены величины плотностей (г/см ) ряда образцов раз личной природы, вычисленные из результатов экспериментального измерения объема навесок.

Как видно из результатов, представленных в таблице, при исследовании твердых тел, не адсорбирующих гествует о том, что при использовании известного способа для определения объемов навесок микропористых углеродных адсорбентов полученные данные не отвечают действительному значению объемов и плотности. В то же время, величина объемов, измеренных по предлагаемому способу, обеспечивающему измерения при повышенной температуре, хорошо согласуется с результатами исследования пористой структуры образцов другими независимыми методами и подтверждает общепринятые положения о механизме развития микропористой структуры углей в процессе активирования.

Эффективность предлагаемого cnocoGa состоит в том, что с его помощью впервые становятся возможными измерения объемов практически любых материалов по целому ряду газов (например гелий, водород, аргон, азот, криптон, кислород и т.д.) в широком интервале температур с.высокой точностью, что черезвычайно важно для исследования структуры, дефектности материалов, изучения фазовых переходов при термической обработке, а так" же пористости и адсорбционных свойств адсорбентов и катализаторов.

Известный способ

Предлагаемый способ

Образец

Гелий, Т 600К Азот, Т 700К

Непористая двуокись кремния

2,45+0 05

2, 55+0, 05

2,48;0,01

2,48+0,01

1,28+0,04

1, 25+0, 05

Карбонизованный углеродный остаток феноло-формальдегидного полимера

1,58+0,01

l,54 0,04

3,30-„0, 0

1,5Ц0,01

2,10 10

8,5+ >

1,54+0, 01

5 89016 лий, величины плотности, рассчитанные. на основании измерения объема по предлагаемому и известному способам практически совпадают, причем измерение по предлагаемому способу от- 5 личается повышенной точностью. Относительная ошибка измерения по предлагаемому способу не превышает 2, а согласно известному способу достигает 20 и более. 1В

Результаты измерения непористой двуокиси кремния с использованием азота в качестве пикнометрического газа дают величину плотности с истинным значением (2,48 г/см } лишь по. предлагаемому способу при температуре

700 К, так как азот заметно адсорбируется двуокисью кремния при температуре 293 К.

Плотности микропористых углеродных 20 адсорбентов, рассчитанные иэ результатов измерения объемов по известному способу за счет адсорбции пикнометрического гэза превышают в 1,2-1,4 раза для гелия и в 4-7 раз для азота максимальное значение плотности мало-, эольных углеродных материалов, величина которой, измеренная с помощью рентгенографического метода, состав-. ляет 2,14-2,26 г/см . Это свидетель- 30

Термоотверженный феноло-формальдегидный полимер 1,24+0,01

Активированный уголь из фенолоформальдегидного полимера 1,63+0,0-!

Гелий,T 293К Азот Т 293К

890162

Продолжение табл.

Образец

Предлагаемый способ

Известный способ

Гелий, Т 600К Азот, Т 700К

Гелий,Т 293К

Азот Т 293К

1,73+0,01

То же

1,66+0,01

1,74+0,02

1,83+0,01

2,60+0,20

2,90+0,20

10+2

1, 80+0, О1

1 2 2

2, 80+0,20

l, 86+0,01

1 3+2

М

Уголь испольэовали с увеличивающеися степенью активирования.

Изменение объема феноло-формальдегидного полимера проводили при температуре 320 К.

Формула изобретения

Составитель В.Алексеев

Редактор С,Тимохина Техред T. Наточка

Корректор С.Шекмар

Заказ 10956/67 Тираж 91 0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по д елам изобретений и открытий ,4

113035, Москва, Ж-35,. Раушская наб., д, /5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул,Проектная, 4

Способ измерения объема твердого тела путем определения объема газа, вытесняемого им из камеры, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, расширения ассортимента исследуемых материалов и применяемых пикнометрических газов и увеличения температурного диапазона измерений, через камеру постоянного объема, нагретую до необходимой температуры, пропускают поток пикнометрического газа, затем камеру отсекают от потока пикнометрического газа, а пикнометри-1еский газ вытесняют из камеры потоком газа-носителя, при этом определяя содержание пикнометрического газа в потоке газа-носителя, а объем BblTBt р няемого телом газа рассчитывают как разность содержания пикнометрического газа в потоке газа-носителя в случае пустой камеры и камеры, заполненной исследуемым телом, Зо

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP и 324554, кл, G 01 N l5/08, 1967.

2. Патент США 345881, кл.G 01 N 15/07, 1976 (прототип),