ГОСТ 23401-90

ГОСТ 23401-90 (СТ РЕВ 6746-89) Порошки металеві. Каталізатори та носії. Визначення питомої поверхні

ГОСТ 23401-90
(СТ РЕВ 6746-89)

Група В59

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ СПІЛКИ РСР

ПОРОШКИ МЕТАЛЕВІ

Каталізатори та носії. Визначення питомої поверхні

Metal Powders. Catalysts and carriers.
Визначення конкретної області

ОКСТУ 0909

Дата введення 1992-01-01

ІНФОРМАЦІЙНІ ДАНІ

1. Розроблено та внесено Академією наук УРСР

РОЗРОБНИКИ

В.М.Клименко , В.В. Скороход , А.Є. Кущевський , І.В.

2. ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Постановою Державного комітету СРСР з управління якістю продукції та стандартів від 27.12.90 N 3376

3. Періодичність перевірки 5 років

4. Стандарт повністю відповідає СТ РЕВ 6746-89

5. ВЗАМІН ГОСТ 23401–78

6. ПОСИЛОЧНІ НОРМАТИВНО-ТЕХНІЧНІ ДОКУМЕНТИ

Цей стандарт встановлює метод визначення питомої поверхні металевих порошків, каталізаторів та носіїв від 0,05 до 1000 м. /г теплової десорбції газу (азоту або аргону).

Сутність методу полягає у визначенні обсягу газу спочатку попередньо адсорбованого на поверхні аналізованої проби з потоку робочої газової суміші (азотно-гелієвої або аргоно-гелієвої) при температурі рідкого азоту, потім десорбованого з неї при підвищенні температури та подальшому розрахунку питомої поверхні проби.

1. МЕТОД ВІДБОРУ ПРОБ

1.1. Пробу відбирають за ГОСТ 23148 *.
______________
* На території Російської Федерації діє ГОСТ 23148-98 . - Примітка виробника бази даних.

1.2. Масу проби для випробування визначення відповідно до таблиці.

Пробу перед вимірюванням сушать у сушильній шафі до постійної маси.

2. АПАРАТУРА

Установки (черт.1, 2) визначення питомої поверхні складаються з 1 — балонів з гелієм; 2 - манометра - за ГОСТ 2405 * (2 шт.); 3 - пористих фільтрів попереднього очищення (2 шт.); 4 - блоку змішування газів; 5 - зразкового манометра на тиск 0,1 МПа за ГОСТ 6521 ; 6 - судина Дьюара з НТД з рідким азотом за ГОСТ 9293 ; 7 - пастки з селікагелем-індикатором за ГОСТ 8984 ; 8 - порівняльної та вимірювальної осередків детектора по теплопровідності; 9 - потенціометра КСП-4 з межами вимірювань 0-10 мВ і часом проходження покажчиком всієї шкали не більше 1 с за ГОСТ 7164 ; 10 - інтегратора; 11 - запірного крана (2 шт.); 12 - витратомірів, розрахованих на реєстрацію швидкості потоку газу від 0 до 55 см /хв (2 шт.); 13 - крана-дозатора; 14 - адсорберів 6 (чорт.1) і 12 (чорт.2) шт.; 15 - термостата, що забезпечує температуру до 400 ° C; 16 - балона з азотом або з аргоном марки, А за ГОСТ 10157 ; 17 - восьмиходового крана.
______________
* На території Російської Федерації діє ГОСТ 2405-88 . - Примітка виробника бази даних.

чорт.1. Схема установки для визначення питомої поверхні проб при паралельному потоці газової суміші через комірки детектора

Схема установки визначення питомої поверхні проб
при паралельному потоці газової суміші через комірки детектора

Чорт.1

Чорт.2. Схема установки для визначення питомої поверхні проб при послідовному проходженні потоку газової суміші через комірки детектора

Схема установки визначення питомої поверхні проб
при послідовному проходженні потоку газової суміші через комірки детектора

Чорт.2

Адсорбери з пробами з'єднують у блоки, А та Б (чорт.2). У кожному блоці в залежності від необхідної продуктивності установки може бути від одного до шести адсорберів.

Чутливість детектора має бути від 0,7 · 10 до 0,8 · 10 мВ.

Терези лабораторні, що забезпечують похибку зважування не більше 0,0002 г.

Термометр 3-А3 за ГОСТ 8624 .

Секундомір за ГОСТ 5072 .

Сушильна шафа, що забезпечує температуру (200±20) °С.

Барометр-анероїд.

Шприц медичний ін'єкційний місткістю 1 см .

Гелій особливої чистоти з нормативно-технічної документації.

3. ПІДГОТОВКА ДО КОНТРОЛЮ

3.1. Перевірка установки на герметичність

На виході газу з установки закривають запірний кран 11, створюючи в системі надлишковий тиск 4·10 Па, що вимірюється манометром 5. Якщо падіння тиску протягом 20 хв не перевищує 100 Па, установку вважають герметичною.

3.2. Складання робочої газової суміші

3.2.1. В якості робочої газової суміші використовують аргоно-гелієву або азото-гелієву суміш із заданою концентрацією газу-адсорбату. Допускається використовувати як газ-носій осушений водень.

3.2.2. Концентрацію адсорбату в газовій суміші регулюють співвідношенням потоків газу-носія та газу-адсорбату. Зі співвідношення швидкостей цих потоків обчислюють парціальний тиск газу-адсорбату.

Даний спосіб складання газової суміші дозволяє проводити розрахунок повних ізотерм адсорбції та десорбції газу-адсорбату та визначення питомої поверхні по повних ізотермах адсорбції та десорбції (метод С. Брунауер, П.X. Еммет та метод БЕТ Е. Теллер).

3.2.3. Допускається попереднє складання газових сумішей у балонах в об'ємних частках:

адсорбату від 5 до 10%;

газу-носія від 90 до 95%.

Суміш готують на блоці, що складається з двох балонів з газом-носієм та адсорбатом, з'єднаних мідною або латунною трубкою за допомогою накидних гайок з тефлоновими прокладками, та зразкового манометра на тиск 16 МПа.

Балон із робочою газовою сумішшю має бути витриманий протягом 10 днів до введення його в роботу.

При повторному приготуванні суміші слід використовувати наявні балони із залишковим тиском робочої газової суміші 0,5-0,7 МПа.

Даний спосіб складання робочої газової суміші дозволить робити визначення питомої поверхні по одній точці.

3.3. Вибір оптимальної сили струму

Для знаходження оптимальної сили струму детектора проводять контрольні досліди, поєднуючи порожні адсорбери 14. Встановлюють швидкість продування установки робочою сумішшю (50±5) см /хв. Через 5 хв після продування подають напругу на детектор, встановивши по амперметр силу струму 50 мА.

Температура і вихід сигналу детектора теплопровідності стабілізуються протягом 30-40 хв після включення приладу в мережу і пропускання газу через комірки катарометра. За процесом стабілізації режимів стежать за потенціометром.

Після встановлення нульової лінії на діаграмній стрічці потенціометра адсорбери занурюють послідовно судини Дьюара з рідким азотом і записують коливання нульової лінії. Після повернення пера самописця у вихідне положення в останньому по ходу адсорбері посудину Дьюара замінюють ємністю з водою, що має температуру (20±5) °С для прискорення десорбції. Цю операцію повторюють кожному адсорбера.

Відхилення від нульової лінії при зануренні адсорберів рідкий азот і воду записують через кожні 10-20 мА, змінюючи силу детектора від 50 до 100 мА.

Максимальне значення сили струму, у якому флуктуації нульової лінії становлять трохи більше 30% шкали потенціометра, є оптимальним.

Чутливість детектора забезпечується напругою живлення 5 В, яка повинна бути постійною під час його експлуатації.

3.4. Калібрування крана-дозатора

Установка повинна мати набір кранів-дозаторів місткістю 0,1; 0,5 та 2,5 см .

Калібрування кранів-дозаторів допускається будь-якими відомими методами не рідше одного разу на рік. Переважною є методика атестації дозованих місткостей обсягів адсорбційно-ваговим методом.

Найбільш простим, але менш точним є хроматографічний імпульсний метод за допомогою медичного шприца. Швидкість потоку робочої газової суміші або носія при перевірці кранів-дозаторів повинна бути (50±1) см /хв. У газовий потік після прогріву і встановлення нульової лінії на стрічці потенціометра вводять медичним шприцем об'єм газу-адсорбату, що відповідає калібрується об'ємів крана-дозатора. На потенціометрі та інтеграторі фіксують проявні піки. Операцію введення проби повторюють 10 разів.

Далі вводять пробу газу-адсорбату калібрується місткістю крана-дозатора. Для цього при включених потоках робочої газової суміші та газу-адсорбату повертають кран-дозатор таким чином, щоб об'єм газу-адсорбату в крані-дозаторі захоплювався робочою газовою сумішшю і подавався на детектор. Запис показань фіксують потенціометром та інтегратором. Операцію введення проби краном-дозатором повторюють 10 разів.

Розбіжності паралельних вимірювань, що допускаються, не повинні перевищувати 3%.

Місткості кранів-дозаторів, що калібруються ( ) у кубічних сантиметрах, наведені до нормальних умов, обчислюють за формулою

, (1)

де - Об'єм проби газу-адсорбату, введений шприцом, см ;

- Середня площа проявного піку, записана інтегратором при введенні проби газу-адсорбату краном-дозатором, см ;

- Барометричний тиск, Па;

- Середня площа проявного піку, записана при введенні проби газу-адсорбату шприцом, см ;

- Температура повітря в приміщенні, ° С;

- Нормальний тиск,

Па.

3.5. Визначення концентрації газу-адсорбату (азоту або аргону) у робочій газовій суміші

При відсутності блоку змішування газів концентрацію газу-адсорбату в балонах з робочою газовою сумішшю перевіряють або за показаннями попередньо каліброваного катарометра фронтальним методом. При цьому повинна бути передбачена можливість самостійного підключення балонів з газом-носієм та газовою сумішшю за допомогою триходового крана до осередків детектора теплопровідності.

Для проведення аналізу через вимірювальну та порівняльну комірки детектора теплопровідності пропускають потік газу-носія до стабілізації показань детектора. Після встановлення нульової лінії потік газу-носія у вимірювальній комірці потенціометра замінюють потоком робочої газової суміші. При цьому перо самописця відхилиться від нульового положення на відстань і випише лінію, паралельну до нульової.

Об'ємну частку газу-адсорбату ( ) у відсотках обчислюють за формулою

, (2)

де - калібрувальний коефіцієнт детектора, см, обчислений за формулою

, (3)

— відстань між фронтальною та нульовою лініями на діаграмній стрічці самописця, см;

- Швидкість діаграмної стрічки, см / хв;

- об'ємна швидкість робочої газової суміші, см /хв;

- калібрований об'єм крана-дозатора, см ;

- Середня площа проявного піку, записаного інтегратором при введенні проби газу-адсорбату краном-дозатором, см

.

3.6. Підготовка адсорберів

Адсорбери ретельно миють і сушать у сушильній шафі при температурі (200±20) °С. Потім зважують з похибкою трохи більше 0,0002 р, завантажують пробою і повторно зважують визначення маси проби. Адсорбери вибирають такий ємності, щоб над пробою залишався мінімальний вільний простір для проходження газової суміші. При визначенні питомих поверхонь до 1 м /г газову суміш рекомендується пропускати в адсорбер через шар гранул порошку. Щоб уникнути винесення порошку, передбачають тампони з вати.

3.7. Підготовка детектора до вимірювань та дегазація проби

3.7.1. Операції підготовки детектора та дегазації проби проводять одночасно.

Для підготовки детектора робочу газову суміш із блоку змішування газів пропускають зі швидкістю (50±1) см /хв через пастку 7 (чорт.1, 2), охолоджену рідким азотом, шість адсорберів у порівняльну та вимірювальну комірки детектора 8.

Через 5 хв після початку продування подають напругу на детектор, встановивши оптимальну силу струму або напруги. Детектор прогрівають у робочій газовій суміші протягом 30 хв. За 15 хв до закінчення прогріву включають потенціометр та інтегратор.

Готовність детектора до роботи перевіряють стабільності нульової лінії, яку записують пером самописця потенціометра на діаграмній стрічці.

3.7.2. Дегазацію проб проводять при продуванні адсорберів 14 робочою газовою сумішшю протягом 40-50 хв. Швидкість потоку контролюють расходомером 12. Під адсорбери підставляють термостат 15 і встановлюють температуру з урахуванням термічної стійкості порошку, але не вище 400 °C. Після закінчення дегазації перо самописця виходить на нульову лінію і проби охолоджують до температури (20±5) °С.

4. ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ

4.1. Адсорбери по черзі, починаючи з першого по ходу газу, занурюють у судини Дьюара з рідким азотом. Щоб уникнути підсмоктування повітря через вихідну лінію газу за відсутності автоматичного пристосування для підйому адсорберів, їх слід занурювати в рідкий азот з такою швидкістю, щоб плівка у витратомірі 12 рухалася тільки вгору. При адсорбції перо самописця потенціометра відхиляється від нульової лінії. Адсорбери витримують у рідкому азоті до повернення пера самописця потенціометра до нульової лінії, тобто до встановлення адсорбційної рівноваги (15-30 хв залежно від газу-адсорбенту).

4.2. Останній по ходу газу адсорбер виймають із судини Дьюара з рідким азотом і занурюють у посудину з водою. Температура води у посудині повинна бути (20±5) °С.

При десорбції перо самописця виписує на діаграмній стрічці потенціометра десорбційний пік, але в інтеграторі з'являються цифри, пропорційні площі даного піку.

Десорбційні вимірювання проводять послідовно для всіх проб, що залишилися.

4.3. Пробу газу-адсорбату вводять у систему краном-дозатором. При цьому на діаграмній стрічці потенціометра записуються і на інтеграторі з'являються цифри, що відповідають площі проявного піку залежно від місткості, що калібрується, крана-дозатора ( ). При розрахунку питомої поверхні враховують ту калібровану місткість, площа якої ближче до площі, яка записується при десорбції газу-адсорбату з поверхні вимірюваних порошкоподібних проб.

4.4. Для визначення питомої поверхні речовини за методом БЕТ слід вимір за пп.4.1 та 4.2 повторювати при трьох-п'яти різних концентраціях газу-адсорбату в робочій газовій суміші в межах: 3-5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25%. Концентрацію газу-адсорбату в робочій газовій суміші регулюють блоком змішування за співвідношенням об'ємних швидкостей подачі газу-адсорбату та газу-носія.

4.5. Обсяг газу, адсорбованого на поверхні аналізованої проби з подальшим обчисленням її питомої поверхні, може бути визначений іншими експериментальними методами, що забезпечують похибку визначення питомої поверхні не більше 5%.

5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

5.1. Питома поверхня ( ) у квадратних метрах на грам визначають за формулою

, (4)

де 4,73 - площа, яку займає за нормальних умов 1 см аргону або азоту відповідно, адсорбований мономолекулярним шаром, м /см ;

- калібрована місткість крана-дозатора, приведена до нормальних умов, см ;

- Площа десорбційного піку, см ;

- Площа проявного піку, записаного при введенні проби газу-адсорбату краном-дозатором, см ;

- Маса проби, г;

- Парціальний тиск газу-адсорбату, що визначається за формулою

, (5)

де - Об'ємна частка газу-адсорбату в робочій суміші, %;

- Барометричний тиск, Па;

- Пружність насиченої пари газу-адсорбату при температурі рідкого азоту переохолодженої рідини (3·10 Па для аргону та 11·10 Па для азоту);

- Константа, що характеризує енергію адсорбційної взаємодії адсорбент-адсорбату, що дорівнює 50.

При побудові повних ізотерм адсорбції та десорбції обсяги адсорбованого та десорбованого газів призводять до нормальних умов та будують залежність , від , за якою встановлюють кількість речовини, адсорбованої в моносло

е.

5.2. Результати вимірювання об'єму газу та питомої поверхні при абсолютній похибці визначення об'ємів не більше 5% об'єму газу, що визначається, для детектора та інтегратора (у межах їх фізичних можливостей) повинні відповідати вказаним нижче.

5.2.1. Межі визначення об'єму адсорбованого та десорбованого газу:

за можливостями обчислювального алгоритму та індикації результатів від 0,005 до 99,999 см ;

за фізичними можливостями аналізатора від 0,025 до 10 см .

5.2.2. Межі визначення питомої поверхні, що обчислюється за обсягом десорбованого газу:

за можливостями обчислювального алгоритму та індикації результатів від 0,02 до 500 м ;

за фізичними можливостями аналізатора від 0,1 до 50 м .

5.3. Результати вимірювань питомої поверхні заносять у протокол, у якому мають бути зазначені:

найменування (марка) порошку;

номер партії;

найменування підприємства-виробника (споживача);

відомості про умови сушіння порошку;

результати паралельних визначень та середній результат;

позначення цього стандарту;

дата випробування.