CN110779849B - 一种非晶态二氧化硅比表面积的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶态二氧化硅比表面积的测定方法，包括以下步骤：(1)取非晶态SiO2，测定其XRD中2θ值；(2)BET比表面积预测：Y＝x 60.71‑1183.94；Langmuir比表面积预测：Y＝x 140.43‑2832.16；其中，x为2θ值，Y为BET比表面积和/或Langmuir比表面积。本发明方法省时省力，方便快捷，经济便宜，且无需前处理，具备推广应用的价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种非晶态二氧化硅比表面积的测定方法。
背景技术
二氧化硅具有良好的物理化学性质和生物相容性，是世界上最复杂、最丰富的材料家族之一，作为多种矿物的化合物和合成产品而存在。常见的有熔融石英、气相二氧化硅，广泛应用于玻璃、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、机械、电子、橡胶、塑料、涂料、环保、医药、食品工业及科研等领域。
根据晶格的性质，自然界有两种硅。一种是晶体SiO2，它是一种共价晶体，其中的Si原子位于由四个O原子组成的规则四面体的中心，形成稳定的晶格结构；另一种是非晶体二氧化硅，其原子的晶格网络是长期无序排列的，其微观结构特点使其具有良好的机械性能和渗透性、比表面积大、密度低、热稳定性好等高活性，广泛应用于医药行业作为填料、抗塑剂、崩解剂、防潮剂、助磨剂、缓释赋形剂等。然而，许多功能如崩解性能，持续或控制释放性能与其表面积的大小密切相关。
目前，用于测量无定形固体颗粒的比表面积(包括BET和Langmuir表面积)的分析仪主要是比表面积分析仪，其原理是利用高纯氮气的吸附-脱附测定(55个点)，该方法对于比表面积不大的样品较为适用，也能较快完成；但涉及到比表面积大的样品，既繁琐又费时，测量一个样品的BET和Langmuir表面积可能需要12小时甚至更长时间。另外，由于该方法是先用高纯氮(N2)和氦(He)进行除湿和恒重预处理，因此需要对样品进行表面处理，然后通过氮气的吸附和解吸来测定非晶态二氧化硅的BET和Langmuir，这需要相当长的时间，有些标本甚至需要24小时以上才能测定，表面积越大，反应时间越长。同时，样品预处理时间、样品处理温度、样品大小、样品的自吸附特性等因素对比表面积分析仪测定的比表面积结果有一定的影响。
因此，需要提供一种较为简便且准确的检测方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种非晶态二氧化硅比表面积的测定方法，包括以下步骤：
(1)取待检非晶态SiO2，测定其XRD中2θ值；
(2)BET比表面积预测：Y＝x 60.71-1183.94；
Langmuir比表面积预测：Y＝x 140.43-2832.16；
其中，x为2θ值，Y为BET比表面积和/或Langmuir比表面积。
进一步地，步骤(1)所述2θ值的测定仪器为X-射线衍射仪。
更进一步地，所述2θ值的测定仪器为D8 Advanced X-射线衍射仪。
更进一步地，所述X-射线衍射仪测定2θ值的扫描范围为10.0°～65.0°。
更进一步地，所述X-射线衍射仪测定2θ值的扫描速度为0.1°。
本发明非晶态二氧化硅比表面积的快速测定方法，主要基于材料性能与结构之间的关系，对二氧化硅的XRD、BET和Langmuir值进行了测定，建立了表征XRD中2θ值与二氧化硅比表面积关系的模型，再另取样本作为验证数据集验证了该方法的准确性。本发明方法省时省力，方便快捷，经济便宜，且无需前处理，具备推广应用的价值。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1流程图
图2 SiO2吸附-解吸等温曲线
图3 SiO2 BET直线
图4 SiO2的XRD和拟合曲线(A图为SiO2的XRD、B表示14批次非晶二氧化硅2θ值与BET、Langmuir之间有良好的相关性)
图5公式验证(A为验证集SiO2的XRD拟合曲线，B为通过模型测算的验证集中二氧化硅BET和Langmuir的预测与测量值之间显著相关)
具体实施方式
实施例1本发明的方法
(1)取非晶态SiO2，用D8 Advanced X-射线衍射仪测定无定形二氧化硅XRD中2θ值，其中扫描范围:10.0°～65.0°，扫描速度:0.1°；
(2)BET比表面积预测：Y＝x 60.71-1183.94；
Langmuir比表面积预测：Y＝x 140.43-2832.16；
其中，x为2θ值，Y为BET比表面积和/或Langmuir比表面积。
以下通过试验例进一步说明本发明的有益效果。
试验例1本发明检测方法准确性检验
一、方法
1、样品
21批非晶态SiO2。
2、方法
2.1传统方法方法检测
对21批非晶态SiO2进行了BET和Langmuir分析。将干粉放入样管半球，置于智能预处理系统中，氮气200℃吹至恒定质量。然后采用BET法和Langmuir法测定比表面积，用TriStar 3000全自动表面积及孔隙度分析仪(Micromeritics Ltd.，USA)对每个样品采取50个点进行测试。
2.2本发明方法检测
D8 Advanced(德国)X-射线衍射仪用来测定无定形二氧化硅XRD中2θ值；，扫描范围:10.0°～65.0°,扫描速度:0.1°；用如下公式计算比表面积：
BET比表面积预测：Y＝x 60.71-1183.94；
Langmuir比表面积预测：Y＝x 140.43-2832.16；
其中，x为2θ值，Y为BET比表面积和/或Langmuir比表面积。
3、验证
将传统方法测得的比表面积数据与本发明方法计算得到的比表面积数据，使用IBM SPSS Statistics 21进行统计分析，并从21个样品中取5个样品验证本发明检测方法。
具体流程见图1。
二、结果
1、本发明方法线性
传统方法检测结果见图2～3，本发明拟合曲线见图4，IBM SPSS Statistics 21统计分析见表1。
表1的值2θ和比表面积二氧化硅的造型
从结果可见：线性回归(图4B)使用2θ作为解释变量,并采用BET(图2和图3)或Langmuir(表1)作为被解释变量得到的计算公式，即BET和2θ之间的模型方程为Y＝x60.71-1183.94(r＝0.92)，Langmuir和2θ间的模型方程为Y＝x 140.43-2832.16(r＝0.92)，他们之间有着优良的线性关系，能被用来预测BET和Langmuir值。
2.验证数据
使用5个样品验证前述公式的准确性。首先，2θ的值(图5)、BET和Langmuir值被精确测定，之后，通过上述公式，采用2θ值计算BET和朗缪尔(Langmuir)的预测值(图5B)。相对偏差(RD)被用来衡量预测结果的准确性(表2)，其中RD(％)＝(预测结果-实测结果)×100/实测结果。
表2验证了BET和朗缪尔的表面积的测量和预测
结果表明：无定形氧化硅的比表面积如BET和Langmuir值可以通过XRD的2θ值预测。
三、结论
本发明开发了一种新的采用XRD的2θ测算二氧化硅比表面积的方法。2θ值和BET、Langmuir值之间显著正相关，表明该方法适于测算无定形氧化硅的比表面积。由于XRD仪器和XRD的2θ结果易于获得，本发明可以替代基于比表面积和孔隙度分析仪的研究。
综上，本发明方法样品用量小、测量时间短、方便环保、能耗低，不需要消耗高纯氮和氦，结果准确，是测算非晶态二氧化硅BET和Langmuir值的最佳方法，值得实际推广应用。
Claims (3)
1.一种非晶态二氧化硅比表面积的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取待检非晶态SiO2，测定其XRD中2θ值；
（2）BET比表面积预测：Y = x 60.71 - 1183.94；
Langmuir比表面积预测：Y = x 140.43 - 2832.16；
其中，x为2θ值，Y为BET比表面积和/或Langmuir比表面积；
X-射线衍射仪测定2θ值的扫描范围为10.0°~ 65.0°；
X-射线衍射仪测定2θ值的扫描速度为0.1°。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：步骤（1）所述2θ值的测定仪器为X-射线衍射仪。
3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：步骤（1）所述2θ值的测定仪器为D8AdvancedX-射线衍射仪。
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