Графит. Методы определения удельной поверхности

ГОСТ 13144-79

Группа А19

     
     
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГРАФИТ

Методы определения удельной поверхности

Graphite. Methods for the determination of specific surface

     
ОКСТУ 5709

Дата введения 1981-01-01

     
     
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством промышленности строительных материалов СССР и Министерством электротехнической промышленности СССР
     
     РАЗРАБОТЧИКИ
     

Б.Ф.Петров (руководитель темы); И.В.Суравенков, Г.Г.Валиуллова; Л.Н.Вострова; А.С.Фиалков; А.И.Демидова; М.В.Еремина
     

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного Комитета СССР по стандартам 27.07.79 N 2815
     

3. ВЗАМЕН ГОСТ 13144-67
     

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
     

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)
     

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (январь 1999 г.) с Изменением N 1, утвержденным в июне 1989 г. (ИУС 9-89)
     
     
     Настоящий стандарт распространяется на графит, используемый в производстве электроугольных изделий, и устанавливает методы определения удельной поверхности по адсорбции метиленового голубого и газохроматографическим методом.
     
     

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам определения удельной поверхности - по ГОСТ 17818.0.
     
     

2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО АДСОРБЦИИ МЕТИЛЕНОВОГО ГОЛУБОГО

     Сущность метода заключается в титровании графитовой суспензии 0,3%-ным раствором метиленового голубого в присутствии серной кислоты.
     
     Удельную поверхность рассчитывают, исходя из количества метиленового голубого, израсходованного на титрование пробы.
     

2.1. Аппаратура, материалы и реактивы
     

2.1.1. Для проведения испытания применяют:
     
     шкаф сушильный, обеспечивающий температуру нагрева до 150 °С;
     
     весы лабораторные 2-го класса точности с погрешностью взвешивания не более 0,0005 г по ГОСТ 24104*;
________________
     * На территории Российской Федерации действует ГОСТ 24104-2001, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
     
     мешалку магнитную типа ММ-3М;
     
     микробюретку вместимостью 1,5 см по ГОСТ 29251;
     
     секундомер по ТУ 25-1819.0021, ТУ 25-1894.003;
     
     колбы или стаканы вместимостью 150 и 1000 см по ГОСТ 23932;
     
     колбу мерную вместимостью 1000 см по ГОСТ 1770;
     
     фильтры обеззоленные "синяя лента";
     
     кислоту серную по ГОСТ 4204, 5 н. раствор;
     
     метиленовый голубой, 0,3%-ный раствор (0,003 г/см); готовят следующим образом: 3 г метиленового голубого, высушенного при 105-110 °С до постоянной массы, помещают в стакан вместимостью 1000 см, приливают 600-700 см горячей воды и нагревают при перемешивании, не допуская кипения, до полного растворения.
     
     Раствор охлаждают и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см и объем раствора доводят водой до метки

2.2. Проведение анализа
     

2.2.1. Навеску графита массой около 1 г помещают в стакан вместимостью 150 см, приливают 20-25 см воды, перемешивают суспензию на магнитной мешалке и при перемешивании добавляют 1 см 5 н. серной кислоты. Суспензию титруют раствором метиленового голубого со скоростью 0,1 см раствора метиленового голубого каждые 20 с. После приливания каждой порции красителя суспензию интенсивно перемешивают на магнитной мешалке и тонкой стеклянной палочкой переносят каплю суспензии на фильтр "синяя лента". Титрование с переносом капли суспензии на фильтровальную бумагу продолжают до появления окрашенного голубого ореола вокруг темного пятна капли суспензии графита. Для контрольной проверки суспензию вновь интенсивно перемешивают в течение 2 мин и переносят каплю суспензии на фильтр. Если ореол исчезнет, титрование продолжают.
 

2.3. Обработка результатов
     

2.3.1. Удельную поверхность () в м/г вычисляют по формуле
     

или ,

где - объем раствора метиленового голубого, израсходованный на титрование, см;
     
      - концентрация метиленового голубого, израсходованного на титрование, см;
     
     - постоянная Авогадро, равная 6,023·10;
     
     - площадка, занимаемая одной молекулой адсорбированного метиленового голубого в плотно упакованной пленке на поверхности графита, равная 106·10, м;
     
      - масса навески графита, г;
     
     - молекулярная масса метиленового голубого, равная 319

,9 г.
     

2.1.1, 2.2.1, 2.3.1. (Измененная редакция, Изм. N 1).
     

2.3.2. За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.
     

2.3.3. Допускаемое расхождение между результатами параллельных определений при доверительной вероятности 0,95 не должно превышать 15 отн. % относительно среднего арифметического значения.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).
     
     

3. ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

     Сущность метода заключается в определении количества азота, адсорбированного поверхностью графитового порошка при температуре жидкого азота.
     
     Удельную поверхность рассчитывают по площади десорбционного пика, пропорциональной количеству азота, десорбированного навеской графитового порошка при температуре окружающей среды.
     

3.1. Оборудование и реактивы
     

3.1.1. Для проведения испытания применяют:
     
     хроматограф лабораторный марки ЛХМ-72 с измененной газовой схемой прибора, а также любой хроматограф с детектором по теплопроводности. Допускается проводить определение удельной поверхности на хроматографе-сорбтометре "Цвет-211";
     
     адсорбер - U-образную стеклянную трубку длиной 120 мм, диаметром 6-7 мм;
     
     весы лабораторные 2-го класса точности с погрешностью взвешивания не более 0,0005 г по ГОСТ 24104;
     
     линейку измерительную металлическую по ГОСТ 427;
     
     пенный расходомер (поставляется с хроматографом);
     
     сосуд Дьюара по ТУ 26-04-622;
     
     манометр образцовый на давление 1,569 Па по ТУ 25-05-1664;
     
     секундомер по ТУ 25-1819.0021, ТУ 25-1894.003;
     
     вентиль кислородного баллона;
     
     трубку медную диаметром 6 мм;
     
     азот жидкий по ГОСТ 9293;
     
     азот газообразный по ГОСТ 9293, ос.ч.;
     
     гелий газообразный, в.ч.;
     
     адсорбент цеолитный типа Са Х-ТК-50.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).
     

3.2. Подготовка к анализу
     

3.2.1. Приготовление азотогелиевой смеси
     

3.2.1.1. Азотогелиевую смесь, содержащую 5-7% азота и 93-95% гелия, готовят на установке, схема которой изображена на черт.1.
     
     

Черт.1. - Установка для приготовления газовой смеси

Установка для приготовления газовой смеси

1, 2, 3, 4 - вентили кислородных баллонов; 5 - образцовый манометр; 6 - запорная игла; 7 - медная трубка

Черт.1

3.2.1.2. Для приготовления смеси закрывают все вентили на установке, затем открывают вентиль 1 и вентиль 3 (промыливанием проверяют линию газа-носителя на герметичность). Убедившись в отсутствии утечки, открывают вентиль 2 и вентиль 4 (проверяют линию газа-адсорбата на герметичность). Закрывают вентиль 4, открывают запорную иглу 6 (продувают линию газа-носителя до остаточного давления в баллоне, соответствующего 75 делениям по образцовому манометру). Закрывают вентиль 3 и открывают вентиль 4 (продувают линию газа-адсорбата до остаточного давления в баллоне, соответствующего 85 делениям по образцовому манометру). Закрывают запорную иглу 6 и открывают вентиль 3. Когда стрелка на образцовом манометре дойдет до деления 81, вентиль 3 закрывают. Закрывают вентиль 1 и вентиль 2.
     
     Баллон с азотогелиевой смесью выдерживают в течение 10 дней до ввода его в работу.
     

3.2.2. Монтаж установки
     

3.2.2.1. При монтаже установки производят изменение в газовой схеме прибора: камеры детектора 1, 5 включают последовательно в газовую схему так, как изображено на черт.2.
     
     

Черт.2. - Газовая схема хроматографической установки

Газовая схема хроматографической установки

1 - сравнительная камера детектора; 2 - кран-дозатор; 3 - адсорбер; 4 - колонка; 5 - измерительная камера детектора

Черт.2

     
     На место дозированного объема к газовому крану-дозатору при помощи металлических трубок и вакуумного шланга подсоединяют адсорбер.
     
     После адсорбера перед измерительной камерой детектора ставят колонку длиной 1 м, заполненную примерно на ее объема цеолитным адсорбентом.
    

3.2.3. Вывод хроматографа на рабочий режим
     

3.2.3.1. Обеспечивают герметичность линии газа-носителя в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. В качестве газа-носителя используют гелий или водород, адсорбатом служит азот.
     
     К выходу детектора по теплопроводности подсоединяют резиновый шланг для отвода газа-носителя в смеси с адсорбатом за пределы помещения.
     
     Открывают баллон и устанавливают на входе прибора давление 9,8·10-14,7·10 Па (1,0-1,5 кгс/см).
     
     Устанавливают расход газа-носителя в смеси с адсорбатом, равным 5·10 м/с.
     
     Контроль расхода газа-носителя в смеси с адсорбатом осуществляют с помощью пенного расходомера.

3.2.4. Включение системы детектирования, измерения и регистрации
     

3.2.4.1. Прежде чем подать на прибор электроэнергию, необходимо убедиться в том, что все выключатели и переключатели находятся в положении "Выкл." и прибор заземлен.
     
     Ручку "Ток ДТ" устанавливают в крайнее левое положение.
     
     Подают на прибор электроэнергию.
     
     Включают пакетный выключатель "Сеть", при этом должна загореться сигнальная лампа с надписью "Сеть".
     
     Переключатель рода работ ставят в положение, при котором включается сигнальная лампа "ДТП".
     
     Ручкой "Ток ДТП" устанавливают ток 130 мА, а ручкой делитель ДТП - требуемый масштаб записи хроматограммы.
     
     Включают электронный потенциометр, предварительно заправив его чернилами и бумагой.
     
     Ручками "Грубо" и "Точно" устанавливают стрелку потенциометра на нулевую отметку.
     

3.3. Проведение анализа
     

3.3.1. Навеску графитового порошка массой около 0,04 г помещают в адсорбер 3 (см. черт.2). Адсорбер подсоединяют к крану-дозатору 2, который находится в положении 1 (см. инструкцию, прилагаемую к прибору).
     
     Кран-дозатор ставят в положение 2, при котором происходит продувка адсорбера газом-носителем в смеси с адсорбатом.
     
     Когда перо самописца вернется на нулевую линию, адсорбер с навеской погружают в сосуд Дьюара с жидким азотом. Перо самописца отклоняется от нулевой линии, затем возвращается в исходное положение.
     

3.3.2. Включают тумблер "Диаграмма" и через 1-1,5 мин убирают сосуд Дьюара с жидким азотом.
     
     Примерно через 30 с на диаграммной ленте записывается десорбционный пик (см. черт.3).
     
     

Черт.3. - Хроматограмма десорбционного пика

Хроматограмма десорбционного пика

Черт.3

     
     Для расчета удельной поверхности графитового порошка в идентичных условиях снимают хроматограмму контрольного образца с известной удельной поверхностью, определенной методом Брунаера-Эммета-Теллера.
     

3.4. Обработка результатов
     

3.4.1. Концентрацию смеси () в процентах вычисляют из пропорции
     

79 - 100%
     

4 -,
     
     откуда 5,06%,
     
где 79 - число делений, соответствующее 100%-ной концентрации смеси;
     

4 - число делений по образцовому манометру, соответствующее количеству азота, перешедшему из баллона с газом-адсорбатом в баллон с газом-носителем, %.
  

3.4.2. Площадь десорбционного пика () в см вычисляют по формуле
     

,

где - высота пика, см;
     
       - ширина пика, замеренная на высоты, см;
     
     - масштаб записи (чувствительность прибора).
 

3.4.3. Удельную поверхность () в м/г вычисляют по формуле
     

,

где - площадь пика анализируемого образца, м;
     
      - масса контрольного образца, г;
     
      - удельная поверхность контрольного образца, м/г;
     
      - масса анализируемого образца, г;
     
      - площадь пика контрольного образца, м.
     
     За результат определения принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.
     
     Допускаемое расхождение между результатами параллельных определений при доверительной вероятности 0,95 не должно превышать 5 отн. % относительно среднего арифметического, значения.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).