煤质颗粒活性炭试验方法—孔容积和比表面积的测定GB/T 7702.20-2008
中华人民共和国国家标准《煤质颗粒活性炭试验方法—孔容积和比表面积的测定》，标准号：GB/T 7702.20-2008（本标准现行）。代替GB/T 7702.20-1997，GB/T 7702.21-1997。
前言
GB/T 7702《煤质颗粒活性炭试验方法》分为：
—第1部分：水分的测定；
—第2部分：粒度的测定；
—第3部分：强度的测定；
—第4部分：装填密度的测定；
—第5部分：水容量的测定；
—第6部分：亚甲蓝吸附值的测定；
—第7部分：碘吸附值的测定；
—第8部分：苯酚吸附值的测定；
—第9部分：着火点的测定；
—第10部分：苯蒸气 氯乙烷蒸气防护时间的测定；
—第13部分：四氯化碳吸附率的测定；
—第14部分：硫容量的测定；
—第15部分：灰分的测定；
—第16部分：pH值的测定；
—第17部分：漂浮率的测定；
—第18部分：焦糖脱色率的测定；
—第19部分：四氯化碳脱附率的测定；
—第20部分：孔容积比表面积的测定。
本部分为GB/T 7702的第20部分。
本部分代替GB/T 7702.20-1997《煤质颗粒活性炭试验方法—孔容积的测定》、GB/T 7702.21-1997《煤质颗粒活性炭试验方法—比表面积的测定》。
本部分与GB/T 7702.20~21-1997相比，主要差异如下：
a) 标准结构按 GB/T 1.1-2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》及GB/T 20001.4-2001《标准化工作导则第4部分：化学分析方法》进行了调整；
b) 将GB/T 7702.20-1997《煤质颗粒活性炭试验方法—孔容积的测定》、GB/T 7702.21-1997《煤质颗粒活性炭试验方法—比表面积的测定》整合为GB/T7702.20-2008《煤质颗粒活性炭试验方法—孔容积和比表面积的测定》；
c) 增加第3章“术语和定义”；
d) 增加总孔容积、吸附等温线、比表面积微孔容积、中孔容积的测定原理；
e) 增加吸附等温线、大孔容积、中孔容积、微孔容积的测定。
本部分由中国兵器工业集团公司提出并归口。
本部分起草单位：山西新华化工有限责任公司。
本部分主要起草人：韩冲云、李维冰、赵继军、赵洪海、元以栋、张旭、迟广秀。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
—GB/T 7702.20-1987，GB/T 7702.20-1997；
—GB/T 7702.21-1987，GB/T 7702.21-1997。
1 范围
本部分规定了煤质颗粒活性炭孔容积、比表面积的测定原理、测定步骤及结果计算等内容。
本部分适用于煤质颗粒活性炭孔容积、比表面积的测定，也适用于其他活性炭孔容积、比表面积的测定。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T 7702的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/T 678化学试剂 乙醇（无水乙醇）（GB/T 678-2002，ISO 6353-2：1983，NEQ）
GB 1922 油漆及清洗用溶剂油
GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法（GB/T 6682-2008，ISO 3696：1987，MOD)
HG/T 3471 化学试剂 汞
3 术语和定义
下列术语和定义适用于GB/T 7702的本部分。
3.1 吸附 adsorption
吸附质分子在吸附剂表面的增稠或积聚过程。
3.2 平衡吸附 equilibrium adsorption
单位时间内离开吸附剂表面的分子数等于被吸附的分子数，而吸附态的分子总数始终保持不变。
3.3 吸附剂 adsorbent
对气体或液体具有吸附作用的物质。
3.4 吸附质 adsorbate
吸附系统中可被吸附剂吸附的物质。
3.5 平衡吸附压力 equilibrium adsorption pressure
达到平衡吸附时气体的压力。
3.6 饱和蒸气压力 saturation vapour pressure
在吸附温度下完全液化了吸附质的蒸气压力。
3.7 相对压力 relative pressure
在给定温度下某一物质蒸气的压力与其饱和蒸气压力的比值。
3.8 吸附量 adsorption value
单位体积或质量吸附剂吸附吸附质的量。
3.9 平衡吸附量 equilibrium adsorptive capacity
平衡吸附时一定平衡条件下的吸附容量。
3.10 单分子层吸附 mono layer adsorption
单分子层的吸附。
3.11 滞后圈 hysteresis loop
吸附等温线与解吸（脱附）等温线不重合而形成的回线。
3.12 解吸 desorption
又称脱附。物理吸附达到平衡后，平衡条件改变而使吸附质脱离吸附剂的现象。
3.13 吸附等温线 adsorption isotherm
在恒定温度下，达到平衡吸附时平衡压力或相对压力与对应的吸附量的关系曲线。
3.14 比表面积 specific surface area
单位质量吸附剂的总表面积。
3.15 总孔容积 total pore volume of pores
吸附剂中孔隙所占的体积。它是微型孔、中型孔和大型孔的容积之和。
3.16 大孔容积 pore volume of macropores
吸附剂中大孔孔隙所占的体积。
3.17 中孔容积 pore volume of mesopores
吸附剂中中孔孔隙所占的体积。
3.18 微孔容积 pore volume of micropores
吸附剂中微孔孔隙所占的体积。
3.19 真密度 real density，绝对密度 absolute density
不含孔隙容积和颗粒间空隙容积的吸附剂单位体积的质量。
3.20 颗粒密度 particle density
包含孔隙容积而不包含颗粒之间空隙容积的单位体积吸附剂颗粒的质量。
4 原理
4.1 总孔容积的测定原理
通过测定煤质颗粒活性炭的真密度、颗粒密度来计算其总孔容积。
4.1.1 真密度测量方法
本部分用NY-120溶剂油作为置换液，用比重瓶法测量煤质颗粒活性炭的真密度。
4.1.2 颗粒密度测量方法
一般用汞置换法测量颗粒密度。
4.2 吸附等温线的测定原理
对经预处理的活性炭试料，在液氮温度下吸附氮气，当吸附达到平衡时，测量平衡吸附压力和平衡吸附量，完成一个点测量后，重复上述过程，获得平衡压力由低到高直到饱和蒸气压的各点吸附量；以吸附量为纵坐标，相对压力为横坐标作图，即得到液氮温度下的吸附等温线。继续测定解吸等温线，在相同的平衡压力下吸附过程与解吸过程中的吸附量不同，反映在等温线上，吸附和解吸线在一定的区域内构成一个环状线，该环状线称为“滯后圈”，从低压开始出现的分离点成为滞后圈起点，ρ/ρ0接近1.0时吸附和解吸线闭合，该点称为滞后圈的终点。
4.3 比表面积的测定原理
把相对压力0.05~0.35范围内的吸附等温线数据，按BET方程式（二常数公式），求出试料单分子层吸附量，根据吸附质分子截面积，即可计算出活性炭试样的比表面积。
4.4 微孔容积的测定原理
根据吸附等温线滞后圈起点在纵坐标上对应的吸附量换算成液态体积，即为微孔容积。
4.5 中孔容积的测定原理
根据吸附等温线滞后圈终点的吸附量减去滞后圈起点的吸附量换算成液态体积，即为中孔容积。
5 试剂和材料
5.1 水，GB/T 6682，三级水。
5.2 溶剂油，NY-120，GB 1922。
5.3 汞，HG/T 3471，分析纯。
5.4 无水乙醇，GB/T 678，分析纯。
5.5 氮气，高纯氮气，纯度99.99 %。
5.6 液氮。
6 仪器装置
6.1 带毛细管磨口塞的比重瓶（以下简称比重瓶），25mL。
6.2 颗粒密度测定装置（见图1），由以下部件组成：
6.2.1 试样管，5mL。
6.2.2 贮汞瓶，500mL广口瓶。
6.2.3 U型压力计。
6.2.4 量管，粗细均匀的玻璃管（L＞900mm），用汞标定其横截面积，在其上端刻一标线O。
6.2.5 标尺，可用坐标纸。
6.2.6 缓冲瓶。
6.2.7 玻璃三通活塞。
6.2.8 玻璃两通活塞。
6.3 电热恒温干燥箱，0℃~300℃。
6.4 分析天平，感量0.0001g。
6.5 干燥器，内装变色硅胶或无水氯化钙。
6.6 温度计，0℃~50℃。
6.7 带盖称皿。
6.8 真空泵。
6.9 全自动静态吸附分析仪（采用低温氮容量法）。
6.10 脱气装置。
6.11 量杯，2mL。
6.12 液氮贮罐。
6.13 液氮冷阱。
7 试样及其制备
对所送样品用四分法取出试样，将试样置于150℃±5℃的电热恒温干燥箱内干燥2h，取出放入干燥器中冷却备用（试样水分不大于1%不需干燥）。
8 测定步骤
8.1 真密度测定步骤
8.1.1 将比重瓶及毛细管磨口塞编号，用水标定比重瓶容积，记作V（精确至0.0001L），用分析天平称量比重瓶质量，记作m0（精确至0.0001g）。
8.1.2 将NY-120溶剂油注入比重瓶内，塞上毛细管磨口塞，用干净纱布拭干外表面，立即在分析天平上称量（精确至0.0001g），此比重瓶加NY-120溶剂油质量，记作m1。按此法测量不同温度下的m1，计算NY-120溶剂油的密度ρ，绘制NY-120溶剂油的密度ρ随温度变化的关系曲线。
8.1.3 称取2g±0.2g（精确至0.0001g）已烘干的试料，小心地加入到上述比重瓶内，加入15mL~20mL NY-120溶剂油，盖上毛细管磨口塞，静置17h~20h，摇动比重瓶，无气泡溢出后，加满NY-120溶剂油，塞上毛细管磨口塞，用干净纱布拭干表面后，立即在分析天平上称量（精确至0.0001g），此比重瓶加NY-120溶剂油加试料的质量，记作m2，同时测量此时的溶剂油温度。
8.2 颗粒密度测定步骤
8.2.1 试样管容积的标定
8.2.1.1 接通K1、K5，启动真空泵，对系统抽真空5min。
8.2.1.2 关闭K5，打开K3，通过K2放人空气，使汞面上升到量管H上的标线O处。
8.2.1.3 关闭K3，接通K5，使汞充满试样管。
8.2.1.4 停泵，将K1与大气连通，使系统内保持101.325 kPa，这时，记录量管内汞面高度A（OA段量管内汞的体积即为试样管的容积）。
8.2.2 将K1与真空泵连通，开动真空泵，接通K2，对贮汞瓶抽空，关闭K2。打开K3、K5，使量管及试样管内的汞流回贮汞瓶，当汞下降到接近K3时停泵，使K1与大气连通。
8.2.3 取干燥冷却后的试样5mL左右，在分析天平上称量（精确至0.0001g），小心放入试料管中，然后按8.2.1.1和8.2.1.2的操作步骤使汞升至量管0点。关闭K3，打开K5，使汞充满试样管中的剩余空间。停泵，将K1连通大气，这时记录量管内汞面高度B（OB段量管体积即为试样管内剩余空间的体积）。
8.2.4 按8.2.2操作步骤使汞流回贮汞瓶内。
8.2.5 取下试样管，清理干净备用。
8.3 吸附等温线的测定步骤
8.3.1 开启全自动静态吸附分析仪系统。
8.3.2 打开操作程序，建立样品信息文件。
8.3.3 称量试料管组件的质量，精确至0.0001g。
8.3.4 将0.1g~0.3g（约2mL）试料装入试料管中。
8.3.5 将试料管组件安装在脱气口上开始脱气。
8.3.6 脱气完成后，称量试料管组件及试料的质量，精确至0.0001g。
8.3.7 将液氮装人液氮冷阱中（注意防止液氮溅出伤人），并安装在全自动静态吸附分析仪上。
8.3.8 将脱气后的试料管安装到分析口，在液氮温度下进行对氮吸附等温线的测试。
8.3.9 测量每点平衡压力和平衡吸附量。
8.3.10 测量试料管中吸附质的饱和蒸气压。
8.3.11 试验完毕，关闭全自动静态吸附分析仪系统，卸下试料管组件。
9 结果计算
9.1 计算真密度
9.1.1 计算NY-120溶剂油的密度
NY-120溶剂油密度以ρ计，数值以克每立方厘米（g/cm2）表示,按式（1）计算：
ρ=（m1-m0）/V（1）
式中：
m1—比重瓶与NY-120溶剂油质量和的数值，单位为克（g）；
m0—比重瓶质量的数值，单位为克（g）；
V—比重瓶容积的数值，单位为立方厘米（cm2）。
采用式（1），计算不同温度下的ρ值，以ρ为纵坐标，温度为横坐标，可得出NY-120溶剂油的密度随温度变化的关系曲线。
9.1.2 真密度的计算
真密度以d1计，数值以克每立方厘米（g/cm3）表示，按式（2）计算：
d1=（m×ρ）/[（m1+m）-m2]（2）
式中：
m—试料质量的数值，单位为克（g）；
ρ—NY-120溶剂油密度的数值，单位为克每立方厘米（g/cm3）；
m1—比重瓶与NY-120溶剂油质量和的数值，单位为克（g）；
m2—比重瓶与NY-120溶剂油加试料质量和的数值，单位为克（g）。
9.2 计算颗粒密度
颗粒密度以d2计，数值以克每立方厘米（g/cm3）表示，按式（3）计算：
d2=m/[s（B-A）]（3）
式中：
m—试料质量的数值，单位为克（g）；
s—量管H截面积的数值，单位为平方厘米（cm2）；
B、A—量管H内汞面高度的数值，单位为厘米（cm）。
9.3 计算总孔容积
总孔容积以V∑计，数值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（4）计算：
V∑=1/d2-1/d1d（4）
式中：
d1—真密度的数值，单位为克每立方厘米（g/cm3）；
d2—颗粒密度的数值，单位为克每立方厘米（g/cm3）。
9.4 绘制吸附等温线
以平衡压力时1g活性炭所吸附的氮气体积值为纵坐标，相对压力为横坐标作图，即得该活性炭试料的吸附等温线。
9.5 计算单分子层吸附量
9.5.1 根据BET方程二常数公式，计算单分子层吸附量Vm，数值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（5）计算：
ρ/[Va（ρ0-ρ）]=[1/（Vm×C）]+[（C-1）/（Vm×C）]×（ρ/ρ0）（5）
式中：
ρ—吸附平衡压力的数值，单位为帕（Pa）；
ρ0—液氮温度下，被吸附气体饱和压力的数值，单位为帕（Pa）；
Va—平衡压力下，试料所吸附氮气体积的数值，单位为立方厘米（cm3）；
C—与吸附热有关的常数；
ρ/ρ0—吸附质相对压力的数值。
9.5.2 在0.05~0.35的相对压力范围内，对式（5）进行线性回归，可得到斜率a和截距b，单分子层吸附量Vm，按式（6）计算：
Vm=1/（a+b）（6）
式中：
a—式(5)线性回归斜率的数值，单位为克每立方厘米（g/cm3）；
b—式(5)线性回归截距的数值，单位为克每立方厘米（g/cm3）。
9.6 计算比表面积
比表面积以S计，数值以平方米每克（m2/g）表示，按式(7)计算：
S= 4.353×Vm（7）
式中：
Vm—单分子层吸附量的数值，单位为立方厘米每克（cm3/g）；
4.353—换算系数，单位为平方米每立方厘米（m2/cm3）。
9.7 计算微孔容积
微孔容积以Vmi计，数值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（8）计算：
Vmi=ami×0.00155（8）
式中：
ami—滞后环起点对应吸附量的数值，单位为立方厘米每克（cm3/g）；
0.00155—换算系数。
9.8 计算中孔容积
中孔容积以Vt计，数值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（9）计算：
Vt=（at-ami）×0.00155（9）
式中：
at—滞后环终点对应吸附量的数值，单位为立方厘米每（cm3/g）；
ami—滞后环起点对应吸附量的数值，单位为立方厘米每克（cm3/g）；
0.00155—换算系数。
9.9 计算大孔容积
大孔容积以Vmn计，数值以立方厘米每克（cm3/g）表示，按式（10）计算：
Vmn=V∑-at×0.00155（10）
式中：
Vmn—总孔容积的数值，单位为立方厘米每克（cm3/g）；
at—滞后环终点对应吸附量的数值，单位为立方厘米每克（cm3/g）；
0.00155—换算系数。
10 精密度
10.1 每个样品做两份试料的平行测定，真密度测定结果的允许差值不大于0.03g/cm3，颗粒密度测定结果的允许差值不大于0.01g/cm3，孔容积以算术平均值表示，精确至百分位。
10.2 比表面积允许误差值不大于10%，结果以算术平均值表示，精确至整数位。
11 试验报告
试验报告应包括以下几个方面的内容：
a) 试样编号；
b) 使用的标准；
c) 使用的方法；
d) 试验项目；
e) 试验结果；
f) 试验人员；
g) 试验日期。
