Кіріспе

Газ молекулаларының қатты бетіндегі физикалық адсорбция теориясы. Брунауэр-Эммет-Теллер (BET) теориясы қатты бетіндегі газ молекулаларының физикалық адсорбциясын түсіндіруге бағытталған және материалдардың нақты бетін өлшеуге арналған маңызды талдау техникасының негізі болып табылады. Мұндай байқаулар көбінесе физикалық адсорбция немесе физисорбция деп аталады. 1938 жылы Стивен Брунауэр, Пол Хью Эмметт және Эдвард Теллер өз теорияларын «Journal of the American Chemical Society» журналында жариялады. BET теориясы көп қабатты адсорбция жүйелеріне қолданылады, ол әдетте нақты бет аумағын анықтау үшін адсорбтивпен (газдың жабысатын материалымен) химиялық реакцияға түспейтін зондтау газын (адсорбат деп аталады) пайдаланады. Азот – беттерді зерттеу үшін ең көп қолданылатын газ тәрізді адсорбат. Осы себепті стандартты BET-талдау көбінесе N2 (77 K) қайнау температурасында жүргізіледі. Басқа зондтау адсорбаттары да қолданылады, бірақ олар сирек, әртүрлі температурада және өлшемдерде бет аумағын өлшеуге мүмкіндік береді. Оларға аргон, көмірқышқыл газы және су жатады. Нақты бет аумағы – масштабқа тәуелді қасиет, оның нақты мәнін анықтау мүмкін емес, сондықтан BET теориясы арқылы анықталған нақты бет аумағының шамасы қолданылатын адсорбат молекуласына және оның адсорбция қимасына байланысты болуы мүмкін.

БТҚ-ның шектеулері

Террелл Л. Хилл БЭТ-ті "сапалық нұсқау ретінде өте пайдалы, бірақ сандық тұрғыдан дұрыс емес" теория деп сипаттады. БЭТ адсорбциялық изотермі әр түрлі қолданымдарда кеңінен қолданыла береді және БЭТ теориясының қарапайымдауларына сезімтал емес ұнтақтардың нақты бетін анықтау үшін пайдаланылады. Сингтің тобы BET әдісінің шектеулерін атап көрсетті. Hackerman және авторлар әдістің нәтижелерінде 10% дейін қате болу мүмкін екенін айтты, сондай-ақ кейбір жағдайларда C тұрақтысы (беттік байланысу энергиясы) теріс мәнге ие болуы мүмкін.

Цемент және бетон

Бетонның қатаю жылдамдығы цементтің және оның өндірісінде қолданылатын компоненттердің жіңішкелігіне байланысты, оларға ұшқыш күл, кремний түтіні және басқа материалдар, қатаюға себеп болатын кальцинирленген әктастан өзге, кіруі мүмкін. Блейн әдісінің ауа өткізгіштігі оның қарапайымдылығы мен төмен құнына байланысты көбінесе артықшылыққа ие болғанымен, азотты BET әдісі де қолданылады. Гидратацияланған цемент қатайғанда, қатаю реакциясы үшін жауапты кальций силикатының гидраты (немесе CSH) жоғары кеуектілігінің арқасында үлкен нақты бет ауданына ие болады. Бұл кеуектілік материалдың беріктігі және өткізгіштігі сияқты маңызды қасиеттерімен байланысты, бұл өз кезегінде дайын бетонның қасиеттерін анықтайды. BET әдісін қолдану арқылы нақты бет ауданын өлшеу әртүрлі цементтерді салыстыруға көмектеседі. Бұл, әртүрлі тәсілдермен өлшенетін адсорбция изотермаларын пайдалана отырып жүзеге асырылуы мүмкін, соның ішінде бөлме температурасына жуық температурада су буының адсорбциясы және 77 К-те азоттың адсорбциясы (сұйық азоттың қайнау нүктесі). Цемент пастасының бетін өлшеудің әртүрлі әдістері көбінесе әртүрлі мәндерді көрсетеді, бірақ бір әдіс бойынша алынған нәтижелер әртүрлі цементтерді салыстыру үшін пайдалы болады.

Белсендірілген көмір

Белсенділенген көмір көптеген газдарға жоғары бейімділікке ие және сұйық азот температурасында (77 К) азотты адсорбциялау үшін 0,162 нм² адсорбциялық қимасы бар. BET теориясы эксперименттік деректерден белсенділенген көмірдің нақты бетін анықтау үшін қолданылуы мүмкін, бұл өте үлкен нақты бетін көрсетеді, тіпті 3000 м²/г шамасында. Дегенмен, бұл беттік ауданы микросаңылаулардағы адсорбцияның күшеюіне байланысты әлдеқайда жоғары бағаланады.

Катализа

Қатты катализ саласында катализаторлардың бетінің ауданы катализдік белсенділіктің маңызды факторы болып табылады. Мезопоралы кремний және қабатты балшық минералдары сияқты органикалық емес материалдар БЭТ әдісімен есептелген бірнеше жүз м²/г жоғары беттік аудандарға ие, бұл тиімді катализдік материалдар ретінде қолдану мүмкіндігін көрсетеді.

Өзгешеленген жер көлемі есептеу

Қатты денелердің нақты беттік ауданын есептеуге арналған ISO 9277 стандарты BET әдісіне негізделген.

Термиялық десорбция

2023 жылы АҚШ-тағы зерттеушілер термогравиметриялық анализатор (TGA) қолданып, BET беттік ауданын анықтау әдісін әзірледі. Бұл әдіс адсорбатпен толтырылған кеуекті сынаманы TGA арқылы қыздыруды қамтиды, ал нәтижеде алынған сынама массасы мен температурасының графигі стандартты изотермаға түрлендіріледі, содан кейін BET теориясы әдеттегідей қолданылады. TGA әдісі үшін адсорбат ретінде су немесе толуол сияқты кең таралған сұйықтықтарды пайдалануға болады, бұл әртүрлі адсорбаттардың ерекше өзара әрекеттесуін анықтауға мүмкіндік береді, себебі олар көбінесе қолданылатын азоттан өзгеше болады.