溶液吸附法测定固体比表面积

2015 4 22 实验人 阎妍 合作者 胡英杰 实验五实验五 溶液吸附法测定固体比表面积溶液吸附法测定固体比表面积 一 实验目的 实验目的 了解 Langmuir 吸附理论及溶液法测定比表面积的基本原理 二 实验原理二 实验原理 比表面积是粉末及多孔性物质的一个重要特性参数 它在催化 色谱 环保及纺织等 生产和科研部门有着广泛的应用 测定比表面积的方法有电子显微镜法 色谱法及 BET 法 常用 BET 法 又分静态法和 动态法 但仪器及数据处理复杂是其缺点 而本法所用仪器简单 操作方便 本实验采用亚甲蓝染料水溶液吸附法测定硅胶的比表面积 亚甲蓝具有很强的吸附倾 向 可被大多数固体物质吸附 在一定条件下为单层吸附 该吸附具有 Langmuir 吸附特 征 根据 Langmuir 理论 当吸附达饱和时 吸附质 亚甲蓝 分子铺满整个吸附剂 硅 胶 表面而不留下空位 此时 单位质量的吸附质分子所占的面积就等于被吸附的吸附质 的分子数与每个分子在表面层所占面积的乘积 通常通过测定吸附质的重量而求得吸附质 分子数 按下式计算吸附剂的比表面积 S m2 g S NAA M 5 1 式中 M 为吸附质分子量 亚甲蓝的分子量为 373 88 NA为阿弗伽德罗常数 6 0222 1023 为吸附剂的质量 g 为吸附达饱和时吸附质的质量 g A 为 吸附质 亚甲蓝 分子吸附投影面积 亚甲蓝易溶于水呈天蓝色 在空气中较稳定 不易受吸附剂酸碱性的影响 亚甲蓝水 溶液在 445nm 和 665nm 处具有吸收峰 用紫外分光光度计测定吸附前后溶液吸收度值的 变化 求出 由于亚甲蓝分子具有矩形结构 分子长 16 0 宽 8 4 最小的宽度为 4 7 如下 图所示 它吸附于吸附剂上有三种取向 平面吸附投影面积为 135 2 侧面吸附投影面积 为 75 2 端积吸附投影面积为 39 5 2 因此 对于不同吸附剂或同种吸附剂的不同条件 吸附取向不同 投影面积也不同 测得的 A 也不同 所以实验时要严格控制实验条件的一 致 通常用已知比表面积的样品 实验测得 和 用上式反求 A 三 仪器和试剂三 仪器和试剂 水浴振荡器 亚甲蓝 硅胶 蒸馏水 四 实验操作四 实验操作 1 配制 0 05mg ml 亚甲蓝标准液的配制 水为溶剂 2 硅胶比表面积的测定 精密量 0 05mg ml 亚甲蓝标准液 15ml 加入 50ml 具塞三角瓶中 共三份 然后准确 称未知硅胶 15mg 加入 盖塞 在振荡器上振荡 2 小时 静置后取滤液稀释 4 倍 加水稀 释至刻度 以蒸馏水为空白分别测定溶液的吸收度 按标准曲线计算溶液浓度 3 亚甲蓝吸附投影面积的测定 除样品用已知比表面积的微粉硅胶 其余操作和步骤 2 一致 将已知比表面积 S 和测 得的 和 代入式 S NAA M 求得 A 值 4 亚甲蓝标准曲线的绘制 用水稀释得到分别浓度为 2 5 g ml 5 g ml 7 5 g ml 10 g ml 12 5 g ml 15 g ml 的溶液 以蒸馏水为空白 分别测定溶液吸收度 以吸收度值对溶液浓度 g ml 进行直线拟合 得拟合直线方程 2015 4 22 实验人 阎妍 合作者 胡英杰 五 实验数据及处理五 实验数据及处理 1 亚甲蓝标准曲线的绘制 665nm 下 亚甲蓝各浓度下的吸光度值如下表所示 浓度 g ml A665A665A665AVEA445A445A445AVE 2 50 5840 5840 5830 5840 0070 0060 0060 006 51 1091 1101 1101 1100 0120 0120 0120 012 7 51 5931 5951 5971 5950 0190 0190 0190 019 102 0272 0272 0282 0270 0270 0270 0270 027 12 52 3932 3912 3992 3940 0340 0340 0340 034 152 6452 6482 6482 6470 0400 0400 0400 040 以吸收度值均值对溶液浓度进行直线拟合 如下图所示 025810121518 0 000 Re30 0 0 000 Re30 0 0 000 Re31 0 0 000 Re31 0 0 000 Re1 0 0 000 Re1 0 0 000 Re2 0 亚甲蓝标准曲线亚甲蓝标准曲线 浓度 浓度 g mlg ml AbsAbs 2 用已知比表面积的微粉硅胶进行 A 值的计算 原始数据 将每个质量下计算的 A 均值代入亚甲蓝标准曲线 计算亚甲蓝浓度 再根据浓度计算 出 值 将已知比表面积 S 和测得 和 代入式 S NAA M 求得 A 值 其中 S 已知为 250m2 g mg A亚甲蓝浓度 g ml 计算 mg 计算投影面积 A 2 15 071 6738 4330 2449 586 10 18 15 31 5477 6780 2898 208 10 18 15 21 5837 8940 2768 536 10 18 标准品质量 mg A665AVEA445AVE 15 071 6731 6731 6731 6730 0270 0260 0260 026 15 31 5461 5481 5481 5470 0190 0180 0180 018 15 21 5821 5841 5831 5830 0170 0180 0170 017 待测品质量 mg A665AVEA445AVE 14 921 6891 6891 6891 6890 0260 0260 0260 026 15 021 5821 5831 5831 5830 020 020 0210 02 15 191 5431 5431 5431 5430 0190 0180 0180 018 2015 4 22 实验人 阎妍 合作者 胡英杰 计算投影面积 A 的均值为 8 777 10 18 2 3 计算所测硅胶的比表面积 mg A亚甲蓝浓度 g ml 计算 mg 计算 S m2 g 14 921 6898 5290 238225 7 15 021 5837 8940 276260 1 15 191 5437 6540 291270 6 计算所测硅胶的比表面积为 252 2 m2 g 六 六 思考与讨论思考与讨论 1 公式 5 1 的前提条件是什么 本实验所用 Langmuir 吸附公式的前提是吸附剂表面性质均一 每一个具有剩余价力 的表面分子或原子吸附一个分子 吸附质被固体物质吸附后为单层吸附 且吸附达到饱和 时 吸附质分子铺满整个吸附剂表面而不留下空位 吸附与脱附处于动态平衡 达到吸附 平衡时 吸附速度等于脱附速度 分子在固体表面的凝结速度正比于该组分的分压 吸附 质分子之间无相互作用 2 振荡后吸取上清液为何不能吸上硅胶 实验中计算吸附饱和时吸附质的质量是通过测定溶液中未被吸附的量与总量的差值计 算得到的 若是吸上硅胶 由于硅胶上吸附有亚甲蓝 会使测定的未吸附的吸附质浓度偏 大 使结果不准确 3 比表面积的测定与温度 吸附质的浓度 吸取平衡的时间有什么关系 对于同一吸附质 在不同条件下 吸附取向不同 会影响到吸附投影面积的计算 而 影响 S 值的计算 当温度发生改变时 可能会使吸附取向发生改变 而加入的吸附质浓度 过低 或测量时还未达到吸附平衡 都会影响所得实验结