[发明专利]一种测定纳米-微米带电荷颗粒比表面积的方法

摘要

本发明提供了一种测定纳米-微米带电荷颗粒比表面积的方法，本发明首次实现了在液相条件下比表面积的测定，在颗粒表面的离子交换达到平衡时，只需测定平衡溶液中离子的浓度，就可直接计算颗粒的比表面积。该方法操作简单、测定结果准确，克服了现行比表面积测定技术中操作时间长、误差大等缺点。

主权项

一种测定纳米‑微米带电荷颗粒比表面积的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选定两种指示离子A^a+、B^b+，对应的阴离子分别为C^c‑、D^d‑，所述对应的阴离子C^c‑、D^d‑与A^a+、B^b+形成的化合物为A_cC_a和B_dD_b；所述指示离子A^a+、B^b+为非专性吸附阳离子，a、b、c和d为1或2，A_cC_a和B_dD_b为水溶性盐；(2)测定纳米‑微米带电荷颗粒表面电荷总量，记为N_∞，单位mol/g；(3)测定平衡体系中指示离子的浓度，分别记为f_A、f_B，根据f_C＝a/c*f_A、f_D＝b/c*f_B计算对应阴离子C^c‑、D^d‑的浓度，记为f_C、f_D；(4)将步骤(2)测得的表面电荷总量和步骤(3)测得的离子浓度代入下列式，计算指示离子A^a+、B^b+在纳米‑微米颗粒表面的吸附量，分别记为N_A和N_B；N_B＝[V⁰_Bf⁰_B—f_B(V⁰_B+V_l)]/mN_A＝(N_∞‑bN_B)/a其中V⁰_B为B^b+离子起始体积，单位为L；f⁰_B为B^b+离子起始浓度，单位mol/L；V_l为沉淀间歇水体积，单位L；m为纳米‑微米颗粒样品的质量，单位为g；(5)将步骤(3)测得的离子浓度利用以下校正后的Davies公式分别计算A^a+、B^b+、C^c‑或D^d‑的活度，记为a_A、a_B、a_C、a_D：$a_A=f_A\exp [-{\mathrm{EZ}}_A^2(\frac{\sqrt{I}}{1+\sqrt{I}}-0.3I)]$$a_B=f_B\exp [-{\mathrm{EZ}}_B^2(\frac{\sqrt{I}}{1+\sqrt{I}}-0.3I)]$$a_C=f_C\exp [-{\mathrm{EZ}}_C^2(\frac{\sqrt{I}}{1+\sqrt{I}}-0.3I)]$$a_D=f_D\exp [-{\mathrm{EZ}}_D^2(\frac{\sqrt{I}}{1+\sqrt{I}}-0.3I)]$其中π为圆周率3.14，F为Faraday常数96487C/mol，e₀为电子的电量1.6×10^‑19C，ε为水的介电常数8.9×10^‑10C²/(J·dm)，R为气体为常数8.314J/(K·mol)，T为体系开氏温度；I为离子强度且$I=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}{Z}_i^2{f}_i=\frac{1}{2}(Z_A^2{f}_A+Z_B^2{f}_B+Z_C^2{f}_C+Z_D^2{f}_D),$Z_A、Z_B、Z_C、Z_D分别表示A^a+、B^b+、C^c‑和D^d‑的化合价；(6)将步骤(4)和(5)测得的平衡溶液中离子吸附量与离子活度代入下式，即可计算纳米‑微米颗粒样品的比表面积：$S=\frac{\mathrm{\κ}}{Q}\·{\left[\frac{N_A}{a_A}\right]}^{\frac{Z_B{\mathrm{\β}}_B}{Z_B{\mathrm{\β}}_B-Z_A{\mathrm{\β}}_A}}{\left[\frac{N_B}{a_B)}\right]}^{\frac{Z_A{\mathrm{\β}}_A}{Z_A{\mathrm{\β}}_A-Z_B{\mathrm{\β}}_B}}$其中，κ为Debye参数，$\mathrm{\κ}=\sqrt{\frac{{8\mathrm{\πF}}^2}{\mathrm{\ϵRT}}\left(\frac{1}{2}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{a}_i{Z}_i^2\right)}=\sqrt{\frac{{8\mathrm{\πF}}^2}{\mathrm{\ϵRT}}\frac{1}{2}(a_A{Z}_A^2+a_B{Z}_B^2+a_C{Z}_C^2+a_D{Z}_D^2)},$N_A为离子A的吸附量，单位为mol/g；N_B为离子B的吸附量，单位为mol/g；a_A、a_B平衡溶液中离子A与B的活度，单位为mol/L；Z_A＝+a，Z_B＝+b，Z_C＝‑c，Z_D＝‑d；β_A、β_B与离子组合有关，不同离子组合间系数β的值如下表：式中Q函数与电解质组成有关，当电解质化合价之比为1:1与2:1混合时，$Q=\sqrt{3+f_A/f_B};$当电解质化合价之比为1:1与1:2混合时，当电解质化合价之比为1:1与2:2混合时，当电解质化合价之比为1:1与1:1混合时，Q＝2；当电解质化合价之比为2:1与2:1混合时，当电解质化合价之比为1:2与1:2混合时，当电解质化合价之比为1:2与2:1混合时，$Q=\frac{6f_B(f_A+2f_B)+(4f_B+f_A)\sqrt{6f_B(f_A+2f_B)}}{2f_B(4f_B+f_A)+2f_B\sqrt{6f_B(f_A+2f_B)}};$当电解质化合价之比为2:2与2:1混合时，当电解质化合价之比为2:2与1:2混合时，$Q=\frac{2f_A(8f_A+3f_B)+(4f_A+f_B)\sqrt{2f_A({8f}_A+3f_B)}}{f_A(8f_A+2f_B+2\sqrt{2f_A(8f_A+3f_B)})}.$