低溫吸附泵用椰殼活性炭的性能測試

　　活性炭的比表面積、孔徑及分布是影響液氦低溫吸附泵抽氫、氦性能的關鍵因素。為了確定制作液氦低溫吸附泵的吸附劑，選取了C1、C2、C3、C4四種椰殼活性炭，用比表面積及孔徑分析儀測定了其等溫吸附性能，并對實驗數(shù)據(jù)進行了針對性分析，獲得了各活性炭的比表面積、微孔比表面積份額、不同孔徑所對應的孔容等性能數(shù)據(jù)。結果表明，四種活性炭中C2最適于做為抽氫、氦的液氦低溫吸附泵的吸附劑。

前言

　　由于抽氣機理的限制，與相同溫度下的低溫吸附抽氣相比，低溫冷凝抽氣所形成的霜層對溫度波動、外界熱負荷沖擊的承受能力差、對氦的抽氣能力小，隨著聚變研究的深入，急需研制性能優(yōu)異的液氦低溫吸附泵。吸附劑的比表面積、孔徑及其分布是決定低溫吸附泵性能的關鍵因素，因椰殼活性炭具有高比表面積、良好的孔隙結構、平衡吸附量大、平衡壓強低以及對氫、氦等小分子具有較強吸附能力等特點，被認為是用于聚變研究的、以氫或氦為主要氣體負載的液氦低溫吸附泵的首選吸附劑。為了研制聚變研究用液氦低溫吸附泵，對購買的C1、C2、C3、C4四種椰殼活性炭進行了性能測試與分析，以期確定性能最佳的椰殼活性炭。

2、測試原理及方法

　　椰殼活性炭對氣體的吸附能力可以用吸附等溫線表示，依據(jù)測試結果并采用相應的分析方法可獲得吸附容量、比表面積、孔徑分布等方面的信息。本研究采用定容法測定吸附等溫線，所采用的設備及實驗對象主要有：

　　(1)ASAP比表面積及孔徑分析儀1臺(美國麥克儀器公司)；

　　(2)BS124S電子天平1臺(德國賽多利斯公司)；

　　(3)烘箱1臺；

　　(4)粒度4-8目的四種活性炭(C1、C2、C3、C4)。

　　實驗步驟及測試條件為：(1)樣品活性炭經(jīng)烘箱120℃烘烤3小時后放置于干燥器中冷卻；

　　(2)空樣品管經(jīng)脫氣站抽空后充氦氣并卸下稱重裝樣品；

　　(3)已裝填樣品的樣品管在250℃下抽真空脫氣處理1小時，冷卻后充氦氣并卸下稱重，準確計算樣品重量并輸入計算機。

　　(4)將脫氣處理后的樣品管裝上吸附分析站，在液氮溫度下進行氮吸附測定

3、測試結果及分析

　　椰殼活性炭對氣體的吸附能力實驗在10-4mmHg~102mmHg量級的壓力范圍內進行，通過實驗得到的C1、C2、C3、C4四種型號的椰殼活性炭的吸附等溫線如圖1所示。圖中，P為吸附平衡壓力，P0為吸附溫度下的吸附質氣體飽和蒸氣壓。

圖1 活性碳的吸附等溫線

結論

　　實驗及分析結果表明：C1、C2、C3、C4四種活性炭均為微孔型活性炭，C2活性炭在總比表面積、微孔部分比表面積、孔容積方面均比其它三種活性炭大，初步認為適合做抽氫、氦的液氦低溫吸附泵的吸附劑。