18. В чем суть основных способов исследования пористой структуры катализаторов?

Метод ртутной порометрии основан на том, что жидкость, не смачивающая твердое тело, лишь при воздействии внешнего давления проникает в его поры [20]. Объем жидкости, заполняющей поры, является функцией внешнего давления, что и позволяет получить информацию о распределении пор по размерам.

Пористую структуру твердых тел исследуют на установке, состоящей из поромеров низкого и высокого давления. Приборы позволяют замерить эквивалентные радиусы пор от 3,5 до 35000 нм [1].

Поромер низкого давления (рис. 4.3) предназначен для вакуумирования образцов, заполнения их ртутью и определения наиболее крупных пор. Перед началом опыта исследуемый образец загружают в дилатометр 1, представляющий собой стеклянный капсюль, плавно переходящий в капилляр. Затем дилатомер взвешивают на технических весах и помещают в цилиндр 2 поромера. Вакуумирование образца производят первоначально форвакуумным насосом, затем диффузионным 19.

Рис. 4.3. Схема поромера низкого давления:

1 — дилатометр;

2 — цилиндр поромера;

3 — манометрическая трубка;

4 — шайба;

5 — контакты цилиндра;

6 — капилляр для подачи ртути;

7-10, 16, 18, 20 — краны;

11 — пробка;

12 — сосуд для ртути;

13 — ртутные манометры;

15 — манометр Мак-Леода;

17,21 — форбаллоны;

19 — диффузионный насос

В случае исследования термически стойких твердых тел с целью полного удаления газа цилиндр поромера нагревают в трубчатой электрической печи до 250-300 °С. По достижении давления 13,3 мПа нагрев прекращают и дилатометр заполняют ртутью. Затем отключают форвакуумный насос, замеряют столб ртути в дилатометре и сопротивление электрической цепи поромера при полностью погруженной в ртуть платиново-иридиевой проволоке дилатометра. После этого, впуская воздух в поромер, повышают давление в последнем до 133 кПа, при этом часть ртути входит в крупные поры катализатора, и сопротивление проволоки изменяется. Давление в поромере повышают до атмосферного, замеряя сопротивление электрической цепи [1].

Поромер высокого давления (рис. 4.4) позволяет определять объем пор размером от 3 до 6000 нм.

Рис. 4.4. Схема поромера высокого давления

1 — дилатометр;

2 — бомба поромера;

3, 5, 7 — краны;

4 — манометры;

8, 9 — обратные клапаны;

10 — нагнетательный клапан;

11 — всасывающий клапан;

12 — масляный бак;

13 — цилиндр высокого давления;

14 — редукционный клапан;

15 — масляный насос;

16 — электродвигатель;

17 — предохранительный клапан;

18 — электромагнит

Дилатометр помещают в полость бомбы поромера. Перед повышением давления замеряют начальное сопротивление электрической цепи. Давление в бомбе (6 — 8 МПа) создают азотом из баллона. После использования азота включают масляный насос; создается определенное давление, при котором замеряют сопротивление цепи.

Расчет объема и радиуса пор производят следующим образом [1]. Объем ртути (см³), заполняющий поры сорбента при данном давлении в бомбе поромера, рассчитывают по формуле:

(4.1)

Здесь — константа дилатометра, см³/Ом; — сопротивление цепи при данном давлении, Ом; — начальное сопротивление цепи, Ом.

Удельный объем пор (см³/г) составит:

(4.2)

Здесь — поправка на сжатие всего объема ртути в дилатометре (вводят начиная с давления 1 МПа),

(4.3)

где — масса ртути в дилатометре, г; — средний поправочный коэффициент при соответствующем давлении [20].