实验37溶液吸附法测定固体比表画积.doc

实验37溶液吸附法测定固体比表画积一、目的用次甲基蓝水溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面积。了解朗谬尔(Langmuir)单分子层吸附理论和溶液法测定比表面的基本原理。二、基本原理在一定温度下，固体在某些溶液中的吸附与固体对气体的吸附很相似，可用Langmuir单分子层吸附方程来处理。Langmuir吸附理论的基本假定是：固体表面是均匀的,吸附是单分子层吸附，被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力，吸附平衡是动态平衡；根据以上假定,推导出吸附方程式中 一吸附作用的平衡常数，也称吸附系数，与吸附质、吸附剂性质及温度有关,其值愈大，则表示吸附能力愈强,具有浓度倒数的量纲。平衡吸附量，1g吸附剂达吸附平衡时，吸附溶质的物质的量(mol.g-1)。饱和吸附量，1g吸附剂的表面上盖满一层吸附质分子时所能吸附的最大量(mol.g-1)。C一达到吸附平衡时，溶质在溶液本体中的平衡浓度（）。在一定温度下，对一定量的吸附剂与吸附质来说与b都是常数。若能求得，则可由下式求得吸附剂比表面，单位质量的物质所具有的表面积(m2.g-1)为 式中 阿伏加德罗常数；A一吸附质分子的截面积（nm)2；可由下逑方法求得。作吸附等温线求。测出一定量吸附剂,与不同吸附量相对应的平衡浓度c，作-c曲线形式如图. 101。从图可知：当浓度很低时, 与c成直线关系；当浓度较大时，与c成曲线关系；当浓度足够大时，呈现一个吸附量的极限值，此时若再增加浓度，吸附量不再改变，说明溶液的表面吸附已达饱和状态，溶液中的溶质不能更多地吸附于表面，故称为饱和吸附量。可近似地看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时吸附物质的量。从-c图中可求得。由Langmuir单分子层吸附方程处理可求得。将式（）整理后，得用对c作图,从直线斜率可求得，再结合截距可得到b。对于指定物质，式中A、皆为常数,算出即可计箅比表面。活性炭是一种固体吸附剂,而作为染料的次甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明, 在一定的浓度范围内，大多数固体对次甲基蓝的吸附是单分子层吸附符合朗谬尔吸附理论。本实验以活性炭为吸附剂，将定量的活性炭与一定量的几种不同浓度的次甲基蓝相混,在常温下振荡，使其达到吸附平衡。用分光光度计测量吸附前后次甲基蓝溶液的浓度。从浓度的变化可以求出每克活性炭吸附次甲基蓝的吸附量。式中 V一吸附溶液的总体积(L)；m一加入溶液的吸附剂质量（g)；c和一平衡浓度和原始浓度()。当原始浓度过高时,会出现多分子吸附，而如果平衡后的浓度过低,吸附又不能达到饱和。因此原始溶液浓度都应选择在适当的范围。本实验原始溶液的浓度为0.2%左右,平衡溶液浓度不小于0.1%。次甲基蓝具有以下矩形平面结构其摩尔质量为373.9，假设吸附质分子在表面是直立的A=1.5210-18m2.分子-1，故=6.021023分子.mol-1 1.5210-18m2. 分子-1 =9.15105 m2.mol-1 ，9.15105 m2.mol-1 。用72型分光光度计进行测量时,次甲基蓝溶液在可见区有两个吸收峰45nm和665nm，但在445 nm处活性炭吸附对吸收峰有很大的干扰，故本实验选用的工作波长为 665nm。若用其他分光光度计测量时，波长另行选择。三、仪器与试剂72型光电分光光度计及其附件(或722S分光光度计)1台,康氏振荡器1台,容量瓶(500 mL)6个,容量瓶(50、100mL)各5个，2号砂心漏斗1只,带塞锥形瓶(100mL)5个，滴管2支。次甲基蓝：质量分数为0.2%左右的原始溶液，质量分数为0.01%的标准溶液,颗粒状非石墨型活性炭。四、搡作步骤1.样品活化将颗粒活性炭置于瓷堆祸中，放入500马福炉活化1h,然后置于干燥器中备用(学生不做)。2.平衡溶液取5个洗净干燥的带塞锥形瓶，编号,分别准确称取活化过的活性炭约0.1g置于瓶中,记录活性炭的用量。（可用减量法）按表.47的数据配制不同浓度的次甲基蓝溶液，然后塞上磨口塞,放置在康氏振荡器上振荡35h。表.47瓶 编 号1 2 3 4 5 V（质量分数0.2%次甲基蓝溶液）/mL30 20 15 10 5V(蒸馏水)/mL20 30 35 40 45样品振荡达到平衡后,将锥形瓶取下,用砂心漏斗过滤,得到吸附平衡后溶液。分别称取滤液5g放入500mL容量瓶中,并用蒸馏水稀释至刻度，待用。 3.原始溶液为了准确称量质量分数约0.2%的次甲基蓝原始溶液，称取2.5g溶液放入500mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，待用。4.次甲基蓝标准溶液的配制用移液管吸取2、4、6、8、11mL质量分数0.01%标准次甲基蓝溶液于100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，即得（2、4、6、8、11）10-6的标准溶液，待用。次甲基蓝溶液的密度可用水的密度代替。 5.选择工作波长对于次甲基蓝溶液，工作波长为665nm，由于各台分光光度计波长刻度略有误差, 可取某一待用标准溶液，在600700nm范围内每隔5nm测量消光值,以吸光度最大的波长作为工作波长。6.测量吸光度以蒸馏水为空白溶液，在选定的工作波长下，分别测量五个标准溶液、五个稀释后的平衡溶液以及稀释后的原始溶液的吸光度。五、数据处理1.作次甲基蓝溶液浓度对吸光度的工作曲线算出各个标准溶液的摩尔浓度，以次甲基蓝标准溶液摩尔浓度对吸光度作图，所得直线即工作曲线。2.求次甲基蓝原始溶液的浓度和各个平衡溶液的浓度将实验测定的稀释后原始溶液的吸光度从工作曲线上查得对应的浓度，乘上稀释倍数200，即为原始溶液的浓度。将实验测定的各个稀释后的平衡溶液吸光度从工作曲线上查得对应的浓度，乘上稀释倍数100，即为平衡溶液的浓度c。3.计算吸附溶液的初始浓度 按实验步骤2的溶液配制方法计算各吸附溶液的初始浓度。4.计算吸附量由平衡浓度c及初始浓度数据按下式计算吸附量 式中V-吸附溶液的总体积江)；m-加人溶液的吸附剂质量(g),浓度单位为mol.L-1。 将所得数据列于表.48中。表.48瓶编号12345V(质量分数0.2%次甲基蓝溶液302015105V（蒸馏水）/mL2030354045原始溶液浓度原始溶液浓度/(mol.L-1)平衡溶液的消光值溶液原始浓度c平衡溶液的浓度/(mol.L-1)/(mol.L-1)5.作朗谬尔吸附等温线以为纵坐标，c为横坐标,作对c的吸附等温线。 6.求饱和吸附量由和c数据计算值，然后作-c图，由图求得饱和吸附量。将值用虚线作水平线在-c图上,这一虚线即是吸附量的渐近线。 7 .计算活性炭样品的比表面积 将值代人式，可算得活性炭样品的比表面积。 六、讨论 活性炭易吸潮引起称量误差，故在称量活性炭时动手要迅速,除了加、取样外,应随时盖紧称量瓶盖，用减量法称量。 溶液法测量比表面的误差一般在10%左右,可用其他方法校正。影响测定结果的主要因素是温度、吸附质的浓度、振荡时间。 除分光光度法外，还可用化学分析法,测定原理与分光光度法基本相同。操作中将不同浓度的醋酸溶液代替次甲基蓝溶液，用标准的0.1mol.L-1NOH溶液滴定吸附前后醋酸浓度,计箅活性炭比表面时，按每个醋酸分子的横截面积为0.24nm2进行计箅。另外,还可用最大气泡法测量活性炭对正丁醇水溶液吸附平衡后的表面张力,并求出其吸附平衡浓度。然后用图解法或最小二乘法求出兰谬尔吸附公式中的常数，如饱和吸附量等；并推算活性炭的比表面。 测定溶液浓度时，若吸光度值大于0.8，则需适当稀释后再进行测定。 应当指出,若溶液吸附法的吸附质浓度选择适当,即初始溶液的浓度以及吸附平衡后的浓度都选择在合适的范围，既防止初始浓度过高导致出现多分子层吸附，又避免平衡后的浓度过低使吸附达不到饱和，那么就可以不必像本实验要求的那样，配制一系列初始浓度的溶液进行吸附测量，然后采用朗谬尔吸附理论处理实验数据，才能算出吸附剂比表面；而是仅需配制一种初始浓度的溶液进行吸附测量，使吸附剂吸附达到饱和吸附又符合朗谬尔单分子层的要求，从而简便地计算出吸附剂的比表面积。实验者不妨在完成本实验测量以后，根据上述思路，提出如上简便测量所合适的吸附质溶液的浓度范围，并设计实验测量的要点。 七、思考題 影响比表面測定的主要因素有哪些？ 如何确定浓度是吸附平衡的浓度？ 八