GB_T 44007-2024 纳米技术 纳米多孔材料储氢量测定 气体吸附法.docx

ICS71.040.50CCSG(MGS中华人民共和家标准GB/T440072024纳米技术纳米多孔材料储氢量测定气体吸附法Nanotechno1.ogies-MeasurementofthehydrogenstoragecapacityofIianoporousmateria1.sGasadsorptionmethod2024-08-0120240425发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会目次前言III引吉INI范围12规范性引用文件I3术语和定义14原理25试剂或材料36仪器设备37测量步臊48储氢St计算49不确定度影响因素6IO试脸报告6附录A（资料性）纳米多孔材料储氢敬测定示例7参考文献9本文件按照GB,TI.I-2O2O£标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则3的规定起草，请注意本文件的某些内容可能涉及亨利。本文件的发布机囱不承担识别号利的货任。本文件由中国科学院提出。本文件由全国纳米技术标准化技术委¼会（SAarc2791归口。本文件起笔单位：国家纳米科学中心、北京国城中联氢能不丹支研究院有限公司、浙江师范大学、中国计属大学、贝士德仪器科技（北京）有限公司、国仪房子（合肥）技术有限公司、麦克默瑞提克（上海）仪器有限公司、广东省科学院新材料研究所、金恺仪器（大连）股份行限公H、中国合格坪定国家认可中心、中国计录科学研究院、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）、安泰科技股份有限公司、壳牌（中国）有限公司、北京粉阳支术协会。本文件主要起草人：闫晓英、大慨敏、毛立娟、代伟、于明州、M修W3黄卉、熊雯、王娟、谭立新、钟华、王宁、王海、而原、李艳萍、付叁、冏素红、高洁、王孝平、郭延军、离广路、李旭垢、#呻、万燕鸣.安全、岛效储氢技术突破是氢能实现快速、健康发展的织要环节.储城技术包括气态储城、液态储氧和固态储乳.在储乳技术中固态储乳的能最密度高、操作容易、运输方便、成本低、安全程度御，极具发梃潜力。气体吸附法固态辄是指材料能可逆地吸收或吸附原子态的翅和分子态的翅气，用化学或物理的方法压缩辄到高的储氢密度.被认为是目前见安全有效的锌里方式.本文件关注的是固态储乳中的物理储氢方法材料和氧气之间为物理吸附,两拧之间的作用力为抱谗华力.氢的临界温度是-240C,即使是液氮温度5的吸附,氧气也处于超临界状态，不会发生凝结.研究发现双气在序临界状态下只能发生单分子层吸附，故吸附假与吸附剂的比表面积成正比，因比具有高比表面积的纳米多孔材料成为很有竞争力的循双材料.随希纳米材料，特别是纳米多孔材料Xtti氮领域的研究发展,准篇测盘材料的筋乳SMF常很要,目的储乳房测员没育统一的方法.本文件描述的气体吸附法测定储辄fit的方法将为纳米多孔材料储气技的准确测艮及相互比较提供方法依据.IV纳米技术纳米多孔材料储氢满定气体吸附法va使用本文件的人员应*!实宜工作的知礴.收件并未指出所有可能的安全包使用者有费任果取适当的安全和SftKf并保证符合神关法融幽睐件宜JE备命护手套、K国的我”“用来安全地处理突发的液S阁X体介1»岫情况.气的安全要求应符合CB4962-2008以及GB"3634.1-2006第6聿的规定.1M本文件描述J'测定纳米多孔材料储氢后的辞态容【及气体吸附的方法，本文件适用于以物理吸附储级的碳材料、沸石、金属有机框架材料、多孔有机聚合物等纳米多孔材料fi氢量的测定.其他多孔材料储氢量的测定也可参照使用.2糊&性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用F本文件；不注日期的引用文件，其报新版本（包括所有的修改单）适用于本文件.GBT3634.12006气气第I部分工业氮GB4962-2008级气使用安全技术规程GB.T5314粉末冶金用粉末取样方法GB"19587气体吸附BET法测定固态物质比表面枳GBT21650.3压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布与孔隙度第3部分：气体吸附法分析微孔GBT24499级气、氮能与氮能系统术语GBZT30544.4纳米科技术语第4部分：纳米结构材料ISO8213工业用化学品取样技术从粉体到粗糙块体不同形状颗粒的固体化学品（ChemiCa1.productsforindustria1.useSamp1.ingtechniquesSo1.idchemica1.productsintheformofpartic1.esvaryingfrompowders（ocoarse1.umps）3 *WRXGB.T19587,GB/T21650.3、GB.T244994GBb30544.4界定的以及下列术语和定义适用,本文件。3.1nenopcrousmtria1.存在纳米孔的固体材料.1来源：GBT30544.42OI93.43.2微孔micropnre孔尺寸小于或约等于2nm的孔.来源：GBT195872O17533物理吸附physisorption吸附质的弱镀合，通过压力或温度的微小变化而可逆的吸附。来源：GB.2165032011312育修改3.4物理吸附储氢hydrog三tStcragBbyPbysiSCrPtiCn利用物理吸附原理，将如气吸附在而比衣面多孔材料中的储存方式。来源：GBT244992009.4.4)3.5HftShydrogenstorageCaPadty在一定迭度和压力下,单位质量或体积的材料吸附乳气的fit注1：常用质量分数衣示,单位明败1.5.注2：其他常用单位为kgkg、mo1.kg-1»kgm,mo1.-m,.4 *94.1一般通过测定吸附等温线来得到乳气吸附瓜，并据此计算出储氢fit.吸附等温线的测破除理姑，在恒定岛度下,将纳米多孔材料置于高纯匆气气氛中,待达到吸附平衡后刈定氧气的平衡压力，并计算得出该平衡压力下的电气吸附HK4.2 幅容量法在静态容成法中，将已知量的吸附气体通入处于吸附温度下的袋有吸附材料的样品管中(见图D.在有限的固定容枳中,因样品开始吸附气体导致气也下降,宜到吸附达到平衡.在平衡压力下被吸附的气体量是投入样品管的气体域与仍然保附为气相的气体冰之差，测量系统压力的同时还应测量体枳和温度。体积通过悟性气体如窗气的气体膨胀来测定。标引说明：Va比吸附体枳（标准状况）,单位为立方米每5（m-'XP平衡吸附压力,单位为帕斯何田，1 样品：2机温装置：3文空系统：4 一一压力计：5 6饱和压力管（可选）：7吸附气体E气）：8一蝌自由空间的气体11a气.5试剂或材料5.1 氯气.纯度N99.9三（体积分数）。5.2 觎气.纯度299.的9%（体积分数）.5.3 氧气，纯位299.和9%（体积分数）.6仪»备6.1 发网吸附仪6.1.1 符616件规定的温度和汽力测61IH和测6泉垃的物理吸附仪均适用通常吸附试驶温度范国：（196-50）X?.测推压力范1札（0-20000）kPa.6.1.2 口空度不低于1P4压力传感器准确度±0.15%气体量管温度传感器准确度±0.1C,忸温装置温度准确度士0/C.6.1.3 加热套和其他样品预处理装置，控温范树：室温一400C,准确度±5C。6.2 分析天平称收样品质量的分析天平分度值为01mg.7测量步骤7.1 取样7.1.1 样品的取样量宜考虑样品量与系统体积的比值以及压力传感的灌确度，能铭精确确定样品储氮量.7.1.2 若样品为大批量样品，按照G8/T5314或ISo8213的规定取样,所取样品均匀，有代表惟.7.2 脱气与称至7.2.1通过脱气除去样品表面的物理吸附物质，同时宜避免样品结构和性质被破坏，脱气的最高温度，即样品性质保持柩定的最高制度，可通过热重分析、光诺法或使用不同的脱气温度和时间的尝试法来确定。来用真空处理时，真空度达到妁1Pa或更低时即可。脱气加热完成后将样品管自然冷却到空温.由于在低气压下样品管内热导率降低.样品湿度需要一些时间才能达到平衡.对于敏感的样品.宜通过控制腰气速率以及加热速率,避免材料孔结构发生变化及样必扬析.7.2.2测量前准确称量空管的质量,脱气完成后回填保护性气体，称量空管和样品的总质发，空管和样品的总侦量扣除空管的质域即为脱气后样品的质量，样品质埴精确至0.Img,空样品管宜在相同的脱气条件下脱气05h以上，完成脱气后回填保护性气体。原位脱气时测信完成并抽出空脱网后回埴保护性气体.7.3吸附等温线测量7.3.1漏气检查在测录之前应确保在测盘压力条件卜仪器无泄漏。用压力保持试验进行检查时，系统在被腐工作质力下.30min内的乐降应不大于最高工作东力的0.%.另一种检查方法为在系统抽式空后附保证IOmin内系统增压不超过20Pa.7.3.2氯气等温线的测量7.3.2.I设定绝时压力采样点,压力点的数家以可分辨出等温线的形状为宜.7.3.2.2相对平衡时间间隔至少10s.7.3.2.3设定自由宽间在吸冏等温战完成之后测量，避免翅气污染,在进行样品分析和自由空间测吊过程中,尽量保持样品管处于测盘就发的体枳稳定.7.3.2.4Stt玳条件设定完毕后，开始测债，全部采样点测量完成后，测球结束。8储氢量计算8.1 静态容量法计算8.1.1 初步吸附过程的氯气吸附量通过公式计算：式中：n初步测量氧气吸附属R位为摩尔(mo1.);pi单步吸冏起始压力，单位为伯斯卡(Pa):P单步吸附平衡压力，单位为帕斯*(Pa):V1图1中气体盘管的体枳.单位为立方米(11P):V2图1中样品管的自由空间，单位为立方米(mjY.Z.r-在p:压力下，温度Tm时的如气压缩因子：Z.r.在Pi压力下，M度T时的氮气压缩因子：Zj一在Pi压力下温度Tam时的氢气压缩因子：R理想气体常数(=8.314),电位为焦耳母摩尔开尔文(JmoUKJ):TSS气体量管所在的测优系统的温度，单位为开尔文(K);Tsun样品管的监度，单位为开尔文(K),8.1.2经过个吸乳步骤后,笈气的累加吸附量通过公式计算：式中：>»n级气祟加吸冏城，单位为摩尔(mo1.):PAI一吸附等温线得1点的最终压力,单位为帕斯卡(f¾):V2一一图1中样品管的自由空间,单位为立方米(m>kV1图1中气体量管的体积，单位为立方米(m»);pi.吸附等温税在j点的起始压力，通位为帕斯卡(Pa);pi;一一吸附等温线在j点的最终压力，单位为帕斯卡(Pa);Zf.-1.T氯气在p.;-1.压力下,温度T时的氢气压缩因子；Z,r-p.,压力下，谓度T时的期气压缩因子：Zj在p.压力下温度T时的氮气压缩因子：Zf.r在P压力下，温度T时的氮气压缩因子：R一一理想气体常数(=8.314),单位为焦耳每摩尔开尔文(Jmo1.-1.K力；Ty一一气体量管所在的测量系统的温度，单位为开尔文(K)：TSam样品管的温度,单位为开尔文(K).8.1. 3级气压缩因子宜参照NIST标准数据陈或利用维里方程计算得出。8.1 .1在实际测限时，并不是V?内所有的温度郴和样品温度一样，需要测属冷区容积V?和热区容枳的Vj对公式和公式修改后计算,详细计算过程参见GByT216S0.22008中式4的规定.8.2 .5静态容盘法储氢fit可通过公式(3)计算：式中：C%储气曜质用分数：Va比吸附体枳(标准状况),单.位为立方米希克(WgJ>:MH氧气摩尔质尿.单位为克每摩尔(gmoJ);V0标准状况下理想气体猷尔体积，单位为立方米每摩尔SRmoIJ),注1:V。杆M的比做即气累加吸附他Inb注2：公式(3)方多种变膨，*j应的的位也不同，气氮Iit的M他常用单位见3.5注2.&2静态容世法测定材料储氢量的示例见附录A。9和M影响因未储公枕不确定度的主要来源有：天平准确度、压力仪感器准确度、温度传感器准确度、吸附:尚则置刑复性及准确使。10试验报告试脍报告应包括但不限F以下内容：a）本文件编号：b）实验室、设备型号、操作者、检测日期：O版标识（样品的楙I）,例如：样品来源、化学成分、纯%取样方法、样品细分；d）样品预处理和脱气条件，如真空脱气，脱气温度和时间；c）脱气后样品的质量：0吸附气体：g）吸附等品然，测做温度；h）一定压力和一定温度下的储氢量；i）用于仪器性能测u；和结果验证的有证标准样品或实验室用标样。附录A纳米多孔材料MM定示例A.1低压屣g实验样品：5A分子筛材料.仪器：低压物理吸附仪.实验内容：5A分子蹄材料的储笈册测网。实验地点：Micmmoiiks亚太中心演示实验室.实验分析方法：低压静态容最法，测地葩对压力范围：S120)kft:测/温度：一196C样品质做：1.2542g.储氢量压力等温线见图A.I.在绝对压力100kPa.测1½温度196C下.石瞿烯杂多酸更合材料的储氢量质显分数为1.25%.BajsaFmmaMs-swattA.2高压本容量激雌材料”BA.2.1高压秘叁EN窟Ca1.SX分子第悻W1.U实验样品：CaISX分子筛材料.仪器：高压物理吸附仪。实验内容：Ca1.SX分子筛材料的储氢量泅1½实验地点：国仪埴子(合肥)吸附应用中心.实骁分析方法；高压修态容量法，测就绝对压力范围：(0-3500)kPa;测盘温度：5C.样品质最：2.际8g,储氢Ii1.-压力等谓线见图A2在绝对压力350OkP，测股温度5C下，Ca1.SX分子筛材料的储氢段质录分数为0.I毂.USnt0<13»3j×>i3«»3JJtXiwJJooo也"体力MPa图A.2Ca1.SX分子除材料的W压力EtA.2.2高压态容量涉脏1.iX分子WMW量实验样品：IjX分子筛材料.仪器：高乐物理吸附仪.实骁内容：1.iX分子筛材料的储¾1M测;此实验地点：贝士德仪器科技（北京）应用实验室。实验分析方法：高压静态容量法.测址绝对压力范附：S-3500）kPa:测量器度：25C.样品质b2.0015g储的M-压力等温畿见图A.3.在绝对压力3500kPa,测/温度25C下，1.iX分子筛材料的储匆仪质埴分数为012%.MAJUX分子IUm的IMe-压力W考文献1GBT21650.2压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第2部分：气体吸附法分析介孔和大孔2DarrenP.Broon.HydrogenStorageMateria1.s.TheCharacterizaiionofT1.ieirStorageProp-erties.Springer1.OndOn:20113袁权.能源化学进展M.北京：化学工业出版社，2005.14Zho1.1ZhouYP.1.iM,eta1.1.angmuir.2OOO.I6(14):5955-5959.5辛勤，罗孟飞.现代催化研究方法阳北京：科学出版社，2009.|6|h1.tp：/www.nist.gi>v/srd.''nis1.23.cfni.