高真空多層絕熱低溫儲罐中含PdO的吸氣劑在77K下吸附性能的研究
為了利用模型模擬實際的吸附過程，以BET等溫式為基礎，應用統(tǒng)計熱力學方法，在多層吸附過程中滿足相鄰兩層間的化學勢相等、氣相中的吸附勢與吸附相中第nl層的化學勢相等及相變平衡時氣-液兩相化學勢相等的條件，建立了吸附等溫線理論模型。利用吸附儀對含PdO的吸氣劑在77K下進行實驗研究，再結(jié)合BET二常數(shù)公式和理論模型，獲得單分子層飽和吸附量、吸附常數(shù)和吸附層數(shù)。在此基礎上，選取基松勢能函數(shù)表示氣體分子之間的相互作用，求解模型，并將結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比。相對壓力小于0.05時，理論計算值低于實驗值;相對壓力為0.05~0.9的范圍內(nèi)，理論模型與實驗數(shù)據(jù)吻合得較好;相對壓力大于0.9后，理論計算值高于實驗值。對比結(jié)果表明含PdO的吸氣劑在77K下的吸附屬于物理吸附。
高真空多層絕熱低溫容器被廣泛應用于能源、科技和國民經(jīng)濟各領(lǐng)域。它能否安全運行，關(guān)鍵在于其是否能維持較好的絕熱性能。良好的夾層真空度是保證低溫容器具有優(yōu)良絕熱性能的前提。在低溫容器真空夾層內(nèi)放置含PdO的吸氣劑來保持容器的真空度，這已被證實是一種行之有效的方法。通過前期的研究可以知道，吸氣劑與氫氣之間既存在吸附也存在化學反應。由于吸氣劑的微觀結(jié)構(gòu)對于理解它的吸附機理具有十分重要的意義，因此前期還研究了吸氣劑PdO粉末的微觀結(jié)構(gòu)，并探討了Ag2O的添加對吸氣劑吸附量以及微觀結(jié)構(gòu)的影響。但是這些研究普遍以實驗研究為主，缺少理論模型對實際吸附過程的模擬。另外，由于吸附過程是一個動態(tài)的過程，具有復雜性和瞬變性等特點，實驗研究既耗時又不經(jīng)濟，而且微孔中的一些參數(shù)也很難直接測到。因此，建立吸附等溫線理論模型以模擬實際過程，是研究吸附過程的有效和必要手段。
本文以BET(Brunauer-Emmet-tTeller)等溫式為基礎，再利用統(tǒng)計熱力學方法，建立吸氣劑吸附等溫線的理論模型，并利用實驗數(shù)據(jù)對該模型進行驗證和分析，借此評價它的準確性和適用范圍，進而從理論上獲得吸氣劑的吸附機理。
1、實驗
含PdO的吸氣劑由上海錦中分子篩有限公司提供，1#吸氣劑是由100%PdO組成，質(zhì)量為0.7261g，2#吸氣劑是由78%PdO和22%Ag2O組成，質(zhì)量為0.9681g。隨著Ag2O的加入，吸氣劑的單位價格降低。
吸附實驗采用美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP2010型物理吸附儀。實驗前，吸氣劑平鋪放入直徑為10mm的樣品管中，先在373K下脫氣處理8h，目的是為了消除吸氣劑在放置過程中可能會從大氣中吸收的雜質(zhì)。脫氣處理后開始進行實驗，在77K下進行高純N2吸附研究，在吸附過程中逐步增大吸附氣體的壓力，直至吸附氣體的飽和蒸汽壓，即可獲得77K下的吸附等溫線。具體的儀器介紹、實驗原理及數(shù)據(jù)分析見參考文獻。
2、吸附等溫線理論模型
理論模型的建立以BET等溫式為基礎，BET等溫式為多分子層吸附理論，適用于相對壓力在0.05~0.35之間的物理吸附。再應用統(tǒng)計熱力學研究吸附現(xiàn)象，把一個吸附體系看作由吸附質(zhì)(氣體)分子組成的氣相和被吸附在吸氣劑(固體)表面上的吸附質(zhì)分子組成的吸附相的二相體系。
2.1、吸附相化學勢
設吸氣劑表面均勻，N0和N分別為吸氣劑表面的吸附中心數(shù)和總的吸附分子數(shù)。吸附層為有限nl層，每層吸附的分子數(shù)為N1、N2、，Nnl。吸附達動態(tài)平衡時，總吸附數(shù)N為
BET理論認為，多分子層吸附如同氣體凝聚一樣。實驗表明，第二層及其以上各層的吸附熱相等，且接近于被吸附氣體的液化熱，因此，除第一層外，可假定每個吸附分子的配分函數(shù)都相等，且等于吸附質(zhì)處在液態(tài)時的配分函數(shù)ql(T)。
4、結(jié)論
以BET等溫式為基礎，并假定分子間以Keesom勢相互作用，應用統(tǒng)計熱力學研究實際氣體吸附，在滿足相鄰兩層間的化學勢相等、氣相中的吸附勢與吸附相中第nl層的化學勢相等及相變平衡時氣-液兩相的化學勢相等的條件下，建立吸氣劑吸附等溫線的理論模型。通過實驗和理論分析獲得模型中的參數(shù)值，并將實驗數(shù)據(jù)與理論模型進行對比，結(jié)果表明:相對壓力小于0.05時，理論計算值低于實驗值;相對壓力為0.05~0.9的范圍內(nèi)，理論模型與實驗數(shù)據(jù)吻合的較好;相對壓力大于0.9后，理論計算值高于實驗值。對比結(jié)果表明吸氣劑在77K下的吸附屬于物理吸附。
