溶液吸附法测定固体比表面积及溶液固含量测试方法

中级化学实验报告实验名称：溶液吸附法测定固体比表面积实验目的用亚甲基蓝水溶液吸附法测定活性炭、硅藻土、碱性层析氧化铝的比表面积。掌握溶液吸附法测定固体比表面积的基本原理和测定方法。了解溶液吸附法测定固体比表面积的优缺点。实验原理测定固体物质比表面的方法很多，常用的有BET低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液吸附法测定结果有一定误差。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用来测定大量同类样品的相对值。溶液吸附法测定结果误差一般为10%左右。根据光吸收定律，当入射光为一定波长的单色光时，某溶液的吸光度与溶液中有色物质的浓度及溶液层的厚度成正比(5)式中，A为吸光度，I0为入射光强度，I为透过光强度，为吸光系数，b为光径长度或液层厚度，c为溶液浓度。亚甲基蓝溶液在可见区有2个吸收峰：445nm和665nm。但在445nm处活性炭吸附对吸收峰有很大的干扰，故本试验选用的工作波长为665nm，并用分光光度计进行测量。水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所有染料中，亚甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，亚甲基蓝吸附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为100ppm左右，平衡溶液浓度不小于10ppm。亚甲基蓝具有以下矩形平面结构：亚甲基蓝分子的平面结构如图所示。阳离子大小为1.70×10-10m×76×10-10m×325×10-10m。亚甲基蓝的吸附有三种趋向：平面吸附，投影面积为1.35×10-18m2；侧面吸附，投影面积为7.5×10-19m2；端基吸附，投影面积为39.5×10-19m2。对于非石墨型的活性炭，亚甲基蓝可能不是平面吸附，也不是侧面吸附，而是端基吸附根据实验结果推算，在单层吸附的情况下，1mg亚甲基蓝覆盖的面积可按2.45m2计算。而对Al2O3则可能是侧面吸附。求出各种固体对亚甲基蓝的饱和吸附量后，即可求出各种固体的比表面积。实验步骤样品活化为了消除样品中可能吸附的物质对实验的影响，进行吸附实验前，应先将样品活化。将适量颗粒活性炭、硅藻土、碱性层析氧化铝；分别置于50ml瓷坩埚中，放入马弗炉内，设置程序控温器以5℃/min的升温速率，升温至350℃下活化30min，然后放入保干器中备用。吸附量的测定准确配制100ppm亚甲基蓝溶液1000ml（0.0253g亚甲基蓝溶于250ml水）。取100ml锥形瓶3只，洗涤烘干。分别准确称取活性炭0.0114g、硅藻土0.1009g、碱性Al2O30.3007g，各置于一个锥形瓶中，编上号。再分别加入50ml100ppm亚甲基蓝溶液，加塞后在振荡器上振荡4h。配置亚甲基蓝标准溶液用100ppm亚甲基蓝溶液配制1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm亚甲基蓝标准溶液各100ml。选择工作波长用3ppm标准溶液在600nm~700nm范围测量吸光度，以吸光度最大时的波长作为工作波长。662nm制作亚甲基蓝工作曲线以蒸馏水为空白。用1cm比色皿分别测定1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm亚甲基蓝标准溶液的吸光度。并作吸光度A—亚甲基蓝浓度c工作曲线，备用。测定亚甲基蓝平衡浓度样品振荡4h后，取下锥形瓶，用滤纸过滤，去滤液5ml，然后收集滤液，根据颜色深浅，稀释不同倍数，使吸光度值在工作曲线的范围内。测定各种滤液的吸光度，并在工作曲线上求出相应浓度，乘上稀释倍数，求出各种滤液的平衡浓度。数据处理c亚甲基蓝=25.3mg/0.25L=101.2ppm吸光度A—亚甲基蓝浓度c表c亚甲基蓝（ppm）吸光度A第一次第二次平均1.0120.2120.2120.2123.0360.60.5960.5985.060.9350.930.93258.0961.4281.4211.424510.121.7331.7361.7345吸光度A—亚甲基蓝浓度c工作曲线求各种固体的饱和吸附量q=式中：q为吸附量（mg/g），c0为亚甲基蓝原始浓度（ppm），c为亚甲基蓝平衡浓度（ppm），w为固体样品重（g固体样品数据表LINKExcel.Sheet.12C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\工作簿1.xlsxSheet1!R1C1:R3C4\a\f5\h吸光度A工作曲线上求出相应浓度c`（pm）稀释倍数对应亚甲基蓝平衡浓度c（ppm）固体样品重w（g）活性炭1.37737.77921077.7920.0114硅藻土1.43738.16551081.6550.1009碱性Al2O31.2176.76481067.6480.3007

q活性炭=（cq硅藻土q碱性Al2O计算固体比表面积计算公式为S=qa式中：q为吸附量（mg/g），a为1mg亚甲基蓝覆盖固体的面积，对活性炭和硅藻土为2.45cm2，对碱性Al2O3自己计算。对于非石墨型的活性炭和硅藻土，亚甲基蓝可能不是平面吸附而是端基吸附。而碱性Al2O3可能是侧面吸附，SSS列表讨论列表表示活性炭、硅藻土、碱性Al2O3对亚甲基蓝的吸附量，并讨论大小顺序。对亚甲基蓝的吸附量q（mg/g）活性炭97.40硅藻土9.09碱性Al2O35.38大小顺序：活性炭>硅藻土>碱性Al2O3说明活性炭吸附性最好。讨论亚甲基蓝浓度过高过低有何缺点，如何调整？当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。过高时稀释，过低时再加入亚甲基蓝，调整至合适浓度即可。溶液吸附法测比表面积的主要优缺点是哪些？溶液吸附法测比表面积的仪器简单易得，操作方便，还可以同时测定多种样品。但也存在一定误差，主要原因在于，吸附时，非球形吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，误差较大。并且颗粒度相差太大，难以保证所取样品的代表性和均匀性。溶液固含量测试方法本测试方法适用于液体树脂溶液固含量测定，即液体树脂溶液在一定温度下减压干燥后剩余物重量与试样重量的比值，以百分数表示。一.仪器设备铝/锡箔纸盒，真空烘箱（干冰和乙醇，冷肼），真空泵（油泵）分析天平（精确度0.0001g），玻璃干燥器（内放变色硅胶或无水氯化钙），氮气钢瓶，镊子，温度计（量程为0～200℃），一次性取样吸管二.测定方法先将一块干燥洁净铝箔纸(可做成圆槽状)放入140℃烘箱中干燥20分钟。取出放入干燥器中冷却至室温。称量铝盒重，再称量1.5g左右树脂于铝盒中（树脂液体均匀铺在铝盒底部），最后放入140℃烘箱中，-0.1MPa条件下干燥1h。一小时后关闭烘箱和真空泵，通入氮气（条件有限，通入空气亦可），烘箱正压后迅速取出铝盒并放入干燥器中，冷却至室温后称量总重。计算数据得到固含，再以三组固含的平均值为最终固含。三.测定方法详解1准备烘箱：开启烘箱，设定烘箱温度SV:140℃。加热一段时间后当烘箱显示温度到达设定温度时，打开烘箱，快速查看温度计读数。当温度计读数与设定温度不一致时，调整烘箱设定直至实际温度为所需温度。2准备真空泵：检查真空泵的状态，看是否需要换泵油（运行时冒黑烟，噪声大即需要换），连接烘箱抽真空，能否将烘箱气压抽到-0.1Mpa。如不能，换真空泵。建议半个月换一次泵油。3准备冷肼倒掉冷凝管中的残存溶剂，向保温桶（乙醇量少时补加乙醇）中缓慢的加入干冰，防止乙醇喷出，最后盖上棉花保温。真空泵插上电源，连接冷肼和烘箱，待用。4准备铝箔纸盒：将一块干燥洁净铝箔纸做成圆槽状铝盒，做三个铝盒并在底部标上编号。将铝盒放到140℃真空烘箱中，干燥20min后取出，放入干燥器中冷却15min。铝盒全程用镊子夹取，尽量不要用手触碰。

5称量：将干燥器移至电子天平处，取一号空盒放入天平内，记录空盒重。示数清零，用一次性滴管向铝盒中滴加1.5g左右树脂，将树脂均匀涂抹在铝盒底部，记录树脂重量。将铝盒取出后天平读数清零，称量总重并记录。每次读数时要关闭天平的的挡风玻璃，待示数稳定时再记录数据。第二第三个铝盒重复上述操作。6真空干燥： 将三个铝盒放入烘箱中，检查烘箱放空阀，真空阀是否关闭。启动真空泵，微开真空阀，使烘箱内气压缓慢降低，当真空度到-0.07Mpa时，树脂可能会产生大量气泡，这时真空阀要调小，当气泡膨胀过大时可暂时关闭真空阀，两三分钟后再继续缓慢打开真空阀。当气压达到-0.1Mpa时开始计时，真空干燥1h。抽真空阶段估计耗时10-15分钟。7关烘箱：一小时后关闭真空阀，断开冷肼，关闭真空泵，再微开放空阀（3分钟