ISO 8008:2005
NHÔM OXIT DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT NHÔM - XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG BẰNG HẤP THỤ NITƠ
Aluminium oxide primarily used for the production of aluminium - Determination of specific surface area by nitrogen adsorption
Lời nói đầu
TCVN 12528:2018 hoàn toàn tương đương với ISO 8008:2005.
TCVN 12528:2018 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC47 Hóa học biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
NHÔM OXIT DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT NHÔM - XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNGBẰNGHẤP THỤ NITƠ
Aluminium oxide primarily used for the production of aluminium - Determination of specific surface area by nitrogen adsorption
CẢNH BÁO: Người sử dụng tiêu chuẩn này phải thông thạo với quy tắc phòng thử nghiệm thông thường. Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả những vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Trách nhiệm của người sử dụng tiêu chuẩn này là thiết lập các biện pháp bảo đảm an toàn và sức khỏe phù hợp và đảm bảo tuân thủ các điều kiện quy định bắt buộc của quốc gia.
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp sử dụng thiết bị đo để xác định diện tích bề mặt riêng (SSA) của nhôm oxit nhiệt luyện (SGA) bằng hấp phụ nitơ theo phương pháp đơn điểm hoặc đa điểm. Khuyến nghị sử dụng phương pháp đa điểm vì phương pháp này nhận được độ chính xác cao hơn; nếu sử dụng phương pháp đơn điểm, sẽ đạt được kết quả thấp hơn.
CHÚ THÍCH: Phụ lục A đưa ra giải thích về sự khác nhau giữa phương pháp đơn điểm và đa điểm khixác định diện tích bề mặt riêng BET.
Tiêu chuẩn này có thể áp dụng với nhôm oxit có diện tích bề mặt từ 50 m2/g đến 90 m2/g.
Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫnghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bốthì áp dụng bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
AS 2850:1986, Chemical analysis - Interlaboratory test programs - For determining precision of analytical method(s) - Guide to the planning and conduct (Phân tích hóa học - Chương trình thử nghiệm liên phòng - Xác định độ chụm của phương pháp phân tích - Hướng dẫn lập kế hoạch và thực hiện).
Phương pháp này dựa trên khả năng hấp phụ các phân tử nitơ trên bề mặt vật liệu tại nhiệt độ điểm sôi của nitơ lỏng. Thiết bị xác định lượng khí nitơ cần thiết để tạo thành một lớp đơn phân tử khí trên bề mặt mẫu. Diện tích bề mặt mẫu khi đó có thể tính được bằng cách sử dụng thuyết cơ bản do Brunauer-Emmett-Teller1) xây dựng. Mẫu thử được khử khí tại 150 °C. Quá trình khử khí có thểđược thực hiện bằng cách hút chân không hoặc bằng cách cho dòng nitơ đi qua. Sau khi khử khí, cân mẫu. Từ khối lượng cân được và thể tích lớp đơn được xác định bằng thiết bị đo, tính toán được diện tích bề mặt riêng của mẫu.
Trong quá trình phân tích, chỉ sử dụng thuốc thử có cấp độ phân tích được công nhận và nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương.
4.1 Nitơ lỏng, có điểm sôi -196 °C tại 101,3 kPa2).
CẢNH BÁO: Cần đặc biệt chú ý khi thao tác với chất lỏng lạnh sâu.
4.2 Khí nitơ, có độ tinh khiết cao.
4.3 Các khí khác, được quy định bởi các nhà sản xuất thiết bị.
4.4 Nhôm oxit chuẩn
Nhôm oxit chuẩn có sẵn trên thị trường, ví dụ, chuẩn diện tích bề mặt nhôm oxit ALU-113).
CHÚ THÍCH: Phụ lục A đưa ra giải thích về sự khác nhau giữa phương pháp đơn điểm và đa điểm khixác định diện tích bề mặt riêng BET.
5.1 Thiết bị phân tích diện tích bề mặt, sử dụng hấp phụ khí tại nitơ nhiệt độ thấp (-196 °C).Thiết bị cần có khả năng phân tích đa điểm hoặc đơn điểm.
5.2 Thiết bị khử khí, phù hợp để khử khí mẫu tại nhiệt độ gia tăng (150 °C) bằng cách cho dòng nitơ đi qua hoặc sử dụng hệ thống hút chân không có khả năng duy trì chân không
Các ống mẫu phải có nút đậy kín để ngăn tiếp xúc giữa không khí bên ngoài và mẫu sau khi khử khí.
5.3 Cân phân tích, có khả năng cân chính xác đến ± 0,0001 g.
Lấy 50 g mẫu thử được chuẩn bị từ mẫu phòng thử nghiệm, sử dụng dụng cụ có rãnh hoặc dụng cụ quay chia mẫu, làm cẩn thận để tránh mất các hạt mịn do bụi. Lượng tối ưu phần mẫu thử đại diện (tùy theo yêu cầu của thiết bị và diện tích bề mặt dự kiến) được lấy từ mẫu thử nghiệm. Khối lượng của mẫu thử được sử dụng phải sao cho tổng diện tích bề mặt phù hợp với các khuyến nghị của nhà sản xuất thiết bị phân tích diện tích bề mặt (5.1) và với khối lượng mẫu tối thiểu 0,2 g.
Làm sạch các ống mẫu trước khi phân tích mỗi mẻ mẫu. Nên làm sạch các ống mẫu trong bồn siêu âm. Để đẩy nhanh quá trình làm khô, nên dùng etanol để rửa các ống trước khi cho vào tủ sấy.
7.1 Chuẩn bị thiết bị
Thiết bị phải được chuẩn bị như sau.
a) Thiết bị phân tích diện tích bề mặt và thiết bị khử khí phải được cài đặt và chuẩn bị để khử khí và phân tích theo các chỉ dẫn của nhà sản xuất và để khởi động sẵn sàng. Nhiệt độ khử khí phải được cài đặt tới 150 °C.
b) Đảm bảo rằng các thông số vận hành của thiết bị được nhập đủ. Đối với phép xác định đa điểm, phải sử dụng áp suất tương đối (P/Po) trong khoảng 0,10 đến 0,30. Đối với phép xác định đơn điểm, phải sử dụng áp suất tương đối 0,30.
CHÚ THÍCH 1: Đối với các phép xác định đa điểm, áp suất tương đối này đảm bảo rằng phép xác định được thực hiện trong phần tuyến tính của đẳng nhiệt hấp phụ đối với nhôm oxit nhiệt luyện. Tương tự, áp suất tương đối 0,30 là áp suất thích hợp nhất đối với phép xác định đơn điểm.
CHÚ THÍCH 2: Diện tích phân tử của nitơ là 0,162 nm2.
c) Nếu cần, xác định áp suất bão hòa (Po) hoặc áp suất khí quyển theo các chỉ dẫn của nhà sản xuất.
Nên xác định áp suất bão hòa hoặc áp suất khí quyển ngay trước khi phân tích và cứ khoảng 6 hmộtlần trong suốt quá trình phân tích.
7.2 Xác định diện tích bề mặt riêng của mẫu thử
Diện tích bề mặt riêng của mẫu thử phải được xác định như sau.
a) Cân ống mẫu sạch, khô cùng với nút đậy trên cân (5.3) và ghi lại khối lượng chính xác đến0,0001 g (m1).
b) Cho mẫu thử vào ống mẫu. Khối lượng của mẫu thử được thêm vào phải phù hợp với Điều 6.
c) Cho mẫu thử vào thiết bị khử khí (5.2) và khử khí tại 150 °C trong ít nhất 2 h bằng cách sử dụng phương pháp khử khí chân không hoặc dòng nitơ.
d) Lấy ống mẫu ra khỏi nguồn nhiệt của thiết bị khử khí và để nguội đến nhiệt độ phòng, trong khi vẫn tiếp tục làm sạch bằng nitơ hoặc tiếp tục xử lý bằng chân không. Đảm bảo rằng không khí không thể xâm nhập vào ống mẫu trong suốt quá trình để nguội hoàn toàn cho đến khi ống và mẫu được cân.
e) Cân ống mẫu có nút đậy và mẫu, và ghi lại khối lượng chính xác đến 0,0001 g (m2). Nếu sử dụng khử khí bằng chân không, làm sạch bằng cách thổi nitơ ngay trước khi cân.
f) Tính khối lượng mẫu thử đã được khử khi như sau:
m3 = m2 - m1
trong đó
m1 là khối lượng của ống mẫu và nút đậy khi không có mẫu, tính bằng gam;
m2 là khối lượng của ống mẫu, nút đậy và mẫu thử sau khi khử khí, tính bằng gam;
m3 là khối lượng của mẫu thử đã khử khí, tính bằng gam.
g) Sử dụng khối lượng mẫu (m3) và các quy trình theo khuyến nghị của nhà sản xuất thiết bị,xác định diện tích bề mặt riêng của mẫu thử. Ghi lại diện tích bề mặt riêng do thiết bị đo,chính xác đến 0,01 m2/g.
8 Tính toán và báo cáo kết quả
Nếu thiết bị chỉ báo cáo tổng diện tích bề mặt, tính diện tích bề mặt riêng của mẫu thử theo công thức:
trong đó
ASSA là diện tích bề mặt riêng của mẫu thử nghiệm, tính bằng mét vuông trên gam;
S là tổng diện tích bề mặt của mẫu thử được đọc trên thiết bị, tính bằng mét vuông;
m3 là khối lượng mẫu thử nghiệm đã khử khí, tính bằng gam.
Ghi lại diện tích bề mặt riêng đã tính chính xác đến 0,01 m2/g.
Báo cáo diện tích bề mặt riêng đã tính hoặc diện tích bề mặt riêng được ghi lại ở 7.2 g) chính xác đến một chữ số sau dấu phẩy.
Chương trình thử nghiệm của phương pháp trong tiêu chuẩn này được thực hiện theo AS 2850. Từ các kết quả của chương trình này, cần đạt được độ lặp lại trong phòng thử nghiệm (r) và độ tái lập liên phòng thử nghiệm (R), tại độ tin cậy 95 % được nêu trong Bảng 1.
Các kết quả của chương trình thử nghiệm được nêu ở Phụ lục B.
Bảng 1 - Dữ liệu độ chụm đối với các phép xác định diện tích bề mặt riêng
Phép xác định | Độ lặp lại (r) m2/g | Độ tái lập (R) m2/g |
Đơn điểm | 0,8 | 2,1 |
Đa điểm | 1,0 | 2,5 |
Diện tích bề mặt riêng của nhôm oxit chuẩn (4.4) phải được xác định đối với mỗi mẻ mẫu, bằng cách lặp lại quy trình ở 7.2 và thay thế mẫu thử nghiệm bằng vật liệu chuẩn.
Nếu kết quả này không nằm trong khoảng 67,8 m2/g ± 2,9 m2/g đối với xác định đơn điểm, hoặc 69,1 m2/g ± 2,3 m2/g đối với xác định đa điểm, khi đó phải ghi lại trong báo cáo thử nghiệm cùng với giá trị chứng nhận.
Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm thông tin sau:
a) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa là TCVN 12528:2018 (ISO 8008:2005);
b) Nhận dạng mẫu thử;
c) Ngày lấy mẫu;
d) Ngày thực hiện thử nghiệm;
e) Diện tích bề mặt riêng của mẫu thử nghiệm, tính bằng mét vuông trên gam, chính xác đến một chữ số sau dấu phẩy;
f) Phương pháp phân tích là đơn điểm hay đa điểm;
g) Thông tin theo Điều 10, nếu yêu cầu;
h) Bất kỳ bất thường nào quan sát được trong quá trình thử nghiệm có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Độ chênh lệch giữa diện tích bề mặt riêng đơn điểm và đa điểm đối với nhôm oxit nhiệt luyện điển hình trong khoảng 1 m2/g và 3 m2/g. Giải pháp đơn điểm của phương trình BET là sự đơn giản hóa lý thuyết dẫn đến diện tích bề mặt riêng thấp hơn giải pháp đa điểm. Sự chênh lệch này có thể tính được miễn là biết hằng số C đối với vật liệu được phân tích. Hằng sốC trong phương trình BET là thuật ngữ liên quan đến năng lượng giao thoa giữa bề mặt và chất hấp phụ. Đối với giải pháp đơn điểm, giả định được thực hiện là C lớn (lớn hơn 100) dẫn theo phương trình BET đơn giản hóa. Giao điểm đồ thị-BET về không và độ dốc tỷ lệ nghịch với thể tích lớp đơn. Sự đơn giản hóa này giúp cho phương trình BET được giải quyết bằng cách đo dung tích của chất hấp phụ tại áp suất riêng phần đơn.
Độ chênh lệch phát sinh từ các giả định được áp dụng ở công thức đơn điểm là:
Độ chênh lệch phần trăm tương đối = 100{1 - Cx / [Cx + (1 - x)]}
trong đó
X là áp suất riêng phần được sử dụng trong phép đo đơn điểm;
C là mức năng lượng tương tác chất hấp phụ/bề mặt được xác định trong phương trìnhđa điểm.
Đối với nhôm oxit nhiệt luyện, C điển hình trong khoảng từ 100 đến 200.
Do đó đối với C = 150 và x = 0,3, độ chênh lệch là 1,5 % tại mức 70 m2/g. Điều này bằng với phân tích đơn điểm là 1,1 m2/g thấp hơn phân tích đa điểm.
Kết quả chương trình thử nghiệm
Chương trình thử nghiệm của phương pháp này trong tiêu chuẩn này được thực hiện theo AS 2850. Các ví dụ về vật liệu chuẩn Alcan ALU-11 và hai mẫu khác từ các cơ sở lọc khác nhau được phân tích. Các kết quả được mười một phòng thử nghiệm, chín phòng thử nghiệm và sáu phòng thử nghiệm cung cấp thành bốn bản đối với các mẫu ALU-11, ALU-10 và S-119 tương ứng. Dữ liệu độ chụm trong phòng thử nghiệm (R) và giữa phòng thử nghiệm (R) (tại giới hạn tin cậy 95 %) và các phép xác định diện tích bề mặt riêng trung bình được tính từ các kết quả được nêu tại Bảng B.1.
Bảng B.1 - Dữ liệu độ chụm đối với phép xác định diện tích bề mặt riêng
Mẫu thử nghiệm | Diện tích bề mặt riêng (giá trị trung bình) m2/g | Độ lặp lại (r) m2/g | Độ tái lập (R) m2/g | |||
| sp | mp | sp | mp | sp | mp |
ALU-11 | 67,8 | 69,1 | 0,8 | 1,2 | 2,9 | 2,3 |
ALU-10 | 52,9 | 54,1 | 0,4 | 0,6 | 1,1 | 3,1 |
S-119 | 85,0 | 88,1 | 1,1 | 1,1 | 2,0 | 2,0 |
Từ những kết quả này, độ lặp lại tuyệt đối 0,8 và độ tái lập tuyệt đối 2,1 cần đạt được đối với xác định đơn điểm và tương tự 1,0 và 2,5 đối với xác định đa điểm.
1) S. Brunauer, P.H. Emmett và E. Teller, J. Am Chem. Soc. 60. P.309 (1938).
2) 101,3 kPa = 1 atm.
3) Nhôm oxit ALU-11 là một ví dụ về sản phẩm thích hợp có sẵn trên thị trường, là sản phẩm thương mại do Alcan International Limited (Alcan International Limited, Arvida R&D Centre, 1955 Mellon Blvd, P.o. Box 1250, Jonquiere, Quebec, Canada G7S 4 K8, Tel. 418-699-6585 ext. 2481 hoặc 2828) bán theo cam kết của công ty cung cấp vật liệu chuẩn cho ngành công nghiệp nhôm/nhôm oxit. Giá trị được chứng nhận ở độ tin cậy 95 % của ALU-11 đối với phân tích đơn điểm là 67,8 m2/g ± 2,9 m2/g và đối với phân tích đa điểm là69,1 m2/g ± 2,3 m2/g. Thông tin này được nêu ra để thuận lợi cho người sử dụng tiêu chuẩn và không phải là khuyến nghị của tiêu chuẩn này.