實驗4 溶液吸附法測定固體比表面積

1、實驗四 溶液吸附法測定固體比表面一、實驗目的1、了解溶液吸附法測定固體比表面的原理和方法。2、用溶液吸附法測定活性炭（硅藻土、堿性層析氧化鋁）的比表面。3、掌握分光光度計工作原理及操作方法。二、實驗原理1、朗伯-比爾定律（光吸收原理）根據(jù)光吸收定律，當入射光為一定波長的單色光時，某溶液的吸光度與溶液 中有色物質(zhì)的濃度及溶液層的厚度成正比：A = lg（I。/1） = abc式中：A：吸光度；10：入射光強度；I：透射光強度；a：摩爾吸收系數(shù)，與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長X有關；b：液層厚度；c：溶液濃度。一般來說光的吸收定律可適用于任何波長的單色光，但同一種溶液在不同波 長所測得的吸光度不同

2、，如果把吸光度A對波長X作圖可得到溶液的吸收曲線， 為了提高測量的靈敏度，工作波長一般選在A值最大處。亞甲基藍溶液在可見區(qū)有二個吸收峰：445nm和665nm，但在445nm處活性 炭吸附對吸收峰有很大的干擾，固本實驗選用的工作波長為665nm。2、亞甲基藍結(jié)構(gòu)及吸附特征亞甲基藍具有以下矩形平面結(jié)構(gòu)：:一03*陽離子大小為17.0 x7.6x3.25x10-30m3。亞甲基藍的吸附有三種取向：平面吸 附投影面積為135x10-20m2，側(cè)面吸附投影面積為75x10-20m2，端基吸附投影面 積為39x10-20m2。對于非石墨型的活性炭，亞甲基藍是以端基吸附取向，吸附在 活性炭表面。3、朗格繆

3、爾（Langmuir）單吸附理論朗格繆爾吸附理論的基本假設是：固體表面是均勻的，吸附時單分子層吸附， 吸附劑一旦被吸附質(zhì)覆蓋就不能再吸附，在吸附平衡時，吸附和脫附建立動態(tài)平 衡；吸附平衡前，吸附速率與空白表面積成正比，解吸速率與覆蓋度成正比。水溶性染料的吸附已經(jīng)應用于測定固體表面積比表面，在所有的染料中亞甲 基藍具有最大的吸附傾向。研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，大多數(shù)固體對亞甲基 藍的吸附是單分子層吸附，符合朗格繆爾吸附理論。但當原始溶液的濃度過高時， 會出現(xiàn)多分子層吸附，而如果平衡濃度過低，吸附又不能達到飽和，因此原始溶 液的濃度以及平衡后的濃度應選擇在適當?shù)姆秶?。（若實驗原始溶液的濃度?.

4、2% 左右，平衡溶液濃度應不小于0.1%。）比表面（1g固體物質(zhì)所具有的總面積）是多孔性物質(zhì)的一個重要特征參數(shù)， 它在催化、色譜、環(huán)保、紡織等許多生產(chǎn)和科研部門有著廣泛的應用。本實驗采用溶液吸附法測定固體物質(zhì)的比表面。在一定溫度下，固體在某些溶液中吸附溶質(zhì)的情況可用Langmuir單分子層 吸附方程來處理。其方程為Kc1+Kc式中：r為平衡吸附量，單位質(zhì)量吸附劑達到吸附平衡時，吸附溶質(zhì)的物質(zhì) 的量（mol-g-1）； rm為飽和吸附量，單位質(zhì)量吸附劑的表面上吸滿一層吸附質(zhì)分 子時所能吸附的最大量（mol-g-1）； c為達到吸附平衡時，吸附質(zhì)在溶液本體中 的平衡濃度（mol-dm-3）； K為

5、經(jīng)驗常數(shù)，與溶質(zhì)（吸附質(zhì)）、吸附劑性質(zhì)有關。吸附劑比表面S比（m2/g）：S 比=rmNAA式中：NA:阿伏加德羅常數(shù)，6.02x1023mol-i；A：每個吸附質(zhì)分子在吸附劑表面占據(jù)的面積。根據(jù)亞甲基藍吸附特征，其 分子在吸附劑表面是直立的，A值取為39x10-20m2。配制不同吸附質(zhì)濃度c0的樣品溶液，測量達到吸附平衡后吸附質(zhì)的濃度c， 用下式計算各份樣品中吸附劑的吸附量廣（c 一 c）V=_m式中：c0是吸附前吸附質(zhì)濃度（mol-dm-3）；c是達吸附平衡時吸附質(zhì)濃度（mol-dm-3）；V是溶液體積（dm3）；m是吸附劑質(zhì)量（g）。Langmuir方程可寫成C 11_ = C + r

6、r r kc根據(jù)改寫的Langmuir單分子層吸附方程，作rc圖，為直線，由直線斜 率可求得r。 m三、儀器和試劑722型分光光度計、恒溫振蕩器、干燥器、錐形瓶（磨口 100ml）、容量瓶（50ml、 100ml）、移液管（20ml、25ml、50ml）、25ml比色管、顆粒狀非石墨型活性炭（蒸 餾水清洗浸泡24h，120C烘干24h進行活化）、滴管、亞甲基藍水溶液（0.25x10-3 mol- dm-3）四、實驗步驟1、選用5只洗凈干燥的100ml磨口錐形瓶，向1至5號錐形瓶中分別加入 蒸餾水 30ml、25ml、20ml、10ml、0ml，及亞甲基藍溶液（0.25x10-3 mol-dm-

7、3） 20ml、25ml、30ml、40ml、50ml，加入的量如表1所示。將5個錐形瓶中的溶 液分別取2ml稀釋50倍后，等待測定1至5號溶液吸附前的吸光度。稱取100.0mg左右活性炭5份（記錄準確質(zhì)量，精確到0.0001g），分別放入 1至5號剩余溶液中，將5只錐形瓶的瓶蓋塞好，放在恒溫振蕩器內(nèi)，在恒溫下 振蕩1h。2、配制濃度為1x10-5moldm-3的亞甲基藍標準溶液（由0.25x10-3 mol-dm-3 的亞甲基藍溶液稀釋得到），取0ml、2ml、5ml、10ml、18ml、25ml的亞甲基藍 標準溶液，用比色管定容到25ml，測定其吸光度值，并繪制標準曲線。3、吸附平衡后溶液

8、濃度測定：將步驟1吸附已達平衡的溶液，取其上部清 液2ml稀釋50倍后，用722型分光光度計在665nm處分別測其吸光度。如溶液 濃度過大（A0.8），用去離子水繼續(xù)稀釋一定倍數(shù)后測定。4、實驗完畢，將比色皿和所有使用過的玻璃器皿洗凈。五、數(shù)據(jù)記錄及處理1、亞甲基藍吸附量表1吸附溶液配置及吸附量計算錐形瓶編號12345活性炭質(zhì)量m/mg蒸餾水加入量/ml30.025.020.010.00.0亞甲基藍水溶液加入量/ml20.025.030.040.050.0吸附前溶液吸光度（稀釋50倍后）吸附前溶液濃度c0（x10-6mol/dm-3）吸附平衡時吸光度（稀釋50倍后）吸附平衡時溶液濃度c（x10-6mol/ dm-3）吸附量r（xi0-4）c/r2、亞甲基藍標準曲線表2亞甲基藍標準曲線配置及吸光度序號123456標準溶液加入 量/ml025101825溶液濃度 /x10-6moldm-300.8247.210溶液吸光度繪制亞甲基藍標準曲線，并利用標準曲線求得吸附前