四氯化碳法测定孔型固体比孔容.doc

实验二 四氯化碳法测定孔性固体比孔容【实验目的】1. 了解毛细凝结理论的基本原理；2. 掌握孔容积测定的实验技术；3. 用四氯化碳凝聚法测定活性碳的比孔容。【基本原理】对于气体和蒸汽在多孔物质上的吸附，在相对压力较高时，会在孔中出现毛细凝聚现象。根据kelvin公式，在一定温度下发生毛细凝结的孔半径与气体或蒸汽的相对压力p/p0、凝聚态吸附质的表面张力，凝聚态吸附质与固体表面的接触角及凝聚态吸附质的摩尔体积有关：式中：r可被凝聚的最大孔半径（）； 凝聚液的表面张力（10-5N/cm）; 聚态吸附质的摩尔体积（ml/mol）; 凝聚液与多孔物质的接触角；R气体常数；T测定时的温度（K）；气体或蒸汽的相对压力由上式可知，p/p0越大，可发生毛细凝结的孔半径越大。当p/p0为0.95时可使半径小于40nm的孔发生毛细凝结。显然，凝结在孔中的四氯化碳体积即为小于40nm的孔的总容积。实验表明，当p/p00.95时，在吸附剂颗粒之间的空隙也将发生凝聚，这样就会使测定的v值偏高而不真实，所以，通常实验即确定在p/p0=0.95的条件下进行。考虑到当以四氯化碳的p/p0为0.95时已能填充绝大多数孔性固体的孔（特别是活性炭，因为活性炭大多数孔为微孔），而当p/p0大于0.95时固体颗粒间可能会发生四氯化碳的凝结，故通常选定在p/p0=0.95时测定比孔容（比孔容指单位质量孔性固体所含的总体积。）。当吸附剂的孔完全被四氯化碳充满后，根据填充的四氯化碳的量WCCl4、四氯化碳在试验温度时的密度d及吸附剂总量W即可求出比孔容Vp 式中：样品和容量瓶共同吸附的CCl4量（g）； 空瓶吸附的CCl4量（g）； W样样品的重量（g）; d实验条件下四氯化碳的密度（g/ml）。为控制四氯化碳的相对压力p/p0，可使四氯化碳与室温下蒸汽压极低的正十六烷构成混合体系使用。【实验流程与说明】吸附法测定孔容积的实验系统图如下。1234576899图1 实验装置示意图1真空泵；2旋塞；2缓冲瓶；3水银压力计；4干燥管；5冷阱；6干燥器；7活性炭；8四氯化碳和l正十六烷混合液；10旋塞为了减少空气及其它气体的影响，实验要在真空下进行，由于真空度要求不高，采用旋转真空泵即可达到要求。为了避免四氯化碳蒸汽破坏真空泵油，设置冰盐冷阱，即在冷阱中加入冰块与食盐，将四氯化碳蒸汽在此冷凝下来。设置硅胶和活性炭吸附器是为了除去少量的水蒸气及微量的有机蒸汽。【仪器及试剂 】 1. 仪器油泵、天平、真空干燥箱、水银压力计、缓冲瓶、冷阱、杜瓦瓶、干燥箱、称量瓶2. 试剂四氯化碳、正十六烷、活性炭、冰盐冷冻剂【实验步骤】1. 将待测活性炭在200温度下烘烤4h，冷却后备用。在三个称量瓶中准确称入1-2g活性炭样品。将称量瓶放入真空干燥器中，打开称量瓶盖。2. 配置四氯化碳正十六烷的混合液。取174ml四氯化碳和26.2ml正十六烷混合，混合液的折射率在1.457-1.458之间。此混合液的四氯化碳的相对压力p/p0约为0.95.3. 在上述溶液中补加10ml四氯化碳，用以补偿实验时冷阱中冷凝出的10ml四氯化碳。将混合液放入真空干燥器底部的大培养皿中，并加入几粒沸石。4. 在冷阱外的杜瓦瓶中放入冰盐冷却剂，使温度约在-5-10之间。5. 用油泵使装置系统抽真空，待保干器中混合液沸腾，并在冷阱中凝出约10ml冷凝液时关闭干燥器顶部的活塞，停止抽气。室温下放置4-16h，使活性炭与四氯化碳达到吸附平衡。记录室温。6. 打开干燥器上的活塞，并开启干燥器，迅速盖紧称量瓶盖子，准确称重。【结果处理】表1 不同温度时四氯化碳的密度值T/1012141618202122dt/(gcm-3)1.6131.6091.6051.6021.5981.5941.5921.590T/2324252627282930dt/(gcm-3)1.5881.5861.5851.5831.5811.5791.5771.575根据活性炭量及四氯化碳凝结而引起的活性炭增量，依式（3）计算活性炭的比孔容。【思考题】1. 要求所用的称量瓶要严密，称量动作要迅速，为什么？2. 为什么要预先烘烤样品，并且不能放置过久？实验三 黏土水系统的电泳实验【实验目的】1、 巩固电泳和电位的基本概念2、 了解粘土粒子的荷电性，观察粘土胶粒的电泳现象。3、 掌握通过测定电泳速率的方法测定带电胶粒电位的方法。【实验原理】在胶体分散体系中，胶粒的大小约在1100nm之间，由于其本身的电离或选择性地吸附一定量的离子以及其他原因，致使胶粒表面具有一定量的电荷，胶粒周围分布着反离子。反离子所带电荷与胶粒表面电荷符号相反、数量相等，整个溶胶体系保持电中性。胶粒周围的反离子由于静电引力和热扩散运动而形成了两部分紧密层和扩散层。图1 z - 电位和胶团结构示意图在外电场的作用下，紧密层中的反离子和胶粒作为一个整体移动，而扩散层中的反离子则向相反的电极方向移动，这种在电场作用下分散相粒子相对于分散介质的运动称为电泳。发生相对移动的界面称为滑动面，滑动面和液体内部的电位差称为电动电位或电位。不同的带电颗粒在同一电场中的运动状态和速度是不同的，运动速度与本身所带净电荷的数量，颗粒的大小和形状有关。一般说，所带的电荷数量越多，颗粒越小越接近球形，则在电场中的电泳动速度越快。在硅酸盐工业中经常遇到泥浆或泥料系统，泥浆与泥料均属于粘土 水系统，是一种多相分散物系，其中粘土为分散相，水为分散介质。由于粘土颗粒表面带有电荷，在适量电解质作用下，泥浆具有胶体溶液的稳定特性。本实验是在一定的外加电场强度下通过测定黏土颗粒的电泳速度然后计算出电位。在电泳仪的两极间加上电位差E（V）后，在t（s）时间内溶胶界面移动的距离为D（m），即胶粒的电泳速度U（ms-1）为：相距为l（m）的两极间的电位梯度平均值H（Vm-1）为：从实验求得胶粒电泳速度后，可按照下式求出（V）电位：式中D为介质的介电常数，为介质的粘度，300为将伏特表示的电位改成静电单位的转换系数。【实验仪器与试剂】天平，BDL-B表面电位粒径仪、pH试纸、烧杯若干、50ml注射器1支；黏土（1100nm）、盐酸溶液（0.01N）、氢氧化钠溶液（0.01N）。【实验步骤】（1） 称取0.2 g粘土试样放入玻璃烧杯内，加入蒸馏水至250 ml，再加入盐酸或氢氧化钠溶液调节pH值至8。（2） 将电泳槽前的活塞旋至水平，使活塞处于打开位置，用50ml注射器向电泳槽毛细管内缓慢输入待测胶体溶液，然后将活塞旋至竖直，使活塞处于关闭位置。（3） 将黑色电极夹头夹在电泳槽左端电极上，红色电极夹头夹在右端电极上。（4） 通过电子控制箱面板上的电压调节旋纽，调节至所需电压（电压一般调节至50伏左右）。（5） 温度调整，按下93键，显示C后输入预定温度，再按下M键。（6） 观察监视器上的胶粒有无水平漂移，无漂移时，进行定距计时测定。（7） 通过左右调节旋纽，将一个胶粒对准某一网格垂直线上，同时按下面板上“正向”和“左计”键，直至该胶粒移至下一网格垂直线（即水平移动一格）。然后用相同方法，按下 “反向”和“右计”键，使该颗粒向相反方向移动一格。共选择10个胶粒，进行20次正反向操作。 图2 胶粒在投影屏上往返运动示意图（8） 操作结束后，按下M1键，打印结果。（9） 用