溶液吸附法測(cè)固體比表面積

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1、實(shí)驗(yàn)五溶液吸附法測(cè)固體比表面積一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解溶液吸附法測(cè)定固體比表面的優(yōu)缺點(diǎn)。2.掌握溶液吸附法測(cè)定固體比表面積的基本原理和測(cè)定方法。3.用亞甲基藍(lán)水溶液吸附法測(cè)定活性碳、硅藻土、堿性層析氧化鋁比表面積。二、實(shí)驗(yàn)原理：①Langmuir吸附定律：在一定溫度下以及一定的濃度范圍內(nèi)，大多數(shù)固體對(duì)次甲基藍(lán)的吸附是單分子層吸附，與固體對(duì)氣體的吸附很相似，可用Langmuir單分子層吸附模型來(lái)處理。Langmuir吸附理論的基本假定是：a)固體表面是均勻的；b)吸附是單分子層吸附；c)被吸附在固體表面上的分子相互

2、之間無(wú)作用力；d)吸附劑一旦被吸附質(zhì)覆蓋就不能被再吸附；e)吸附平衡時(shí)，吸附和脫附建立動(dòng)態(tài)平衡；f)吸附平衡前，吸附速率與空白表面成正比，解吸速率與覆蓋度成正比。根據(jù)以上假定，推導(dǎo)出吸附方程：設(shè)固體表面的吸附位總數(shù)為N，覆蓋度為θ，溶液中吸附質(zhì)的濃度為c，根據(jù)上述假定，有吸附速率:r吸=k1N(1-q)c(k1為吸附速率常數(shù))脫附速率:r脫=k-1Nq(k-1為脫附速率常數(shù))當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí):r吸=r脫即k1N(1-q)c=k-1Nq由此可得:(1)式中K吸=k1/k-1稱為吸附平衡常數(shù)，其值決定于吸附劑和吸附

3、質(zhì)的性質(zhì)及溫度，K吸值越大，固體對(duì)吸附質(zhì)吸附能力越強(qiáng)。若以q表示濃度c時(shí)的平衡吸附量，以q￥表示全部吸附位被占據(jù)時(shí)單分子層吸附量，即飽和吸附量，則:q=q/q￥代入式(1)得q（2）式中：K為吸附作用的平衡常數(shù)，也稱為吸附系數(shù)，與吸附質(zhì)、吸附劑性質(zhì)及溫度有關(guān)，其值越大，則表示吸附能力越強(qiáng)；q為平衡吸附量，1g吸附劑達(dá)吸附平衡時(shí)，吸附的溶質(zhì)的物質(zhì)的量（mg/g）；q∞為飽和吸附量，1g吸附劑的表面上蓋滿一層吸附質(zhì)分子時(shí)所能吸附的最大量（mg/g）；c為達(dá)到吸附平衡時(shí)，溶質(zhì)在溶液本體中的平衡濃度。①吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)

4、的吸附溶液吸附法的吸附質(zhì)一般用亞甲基藍(lán)、苯酚、硬脂酸等，水溶性吸附質(zhì)廣泛應(yīng)用于測(cè)定固體比表面積，由于在所有染料中亞甲基藍(lán)具有最大的吸附傾向，故本實(shí)驗(yàn)選用亞甲基藍(lán)作為吸附質(zhì)，以活性碳、硅藻土、堿性層析氧化鋁作為固體吸附劑。亞甲基藍(lán)(MethyleneBluetrihydrate)具有以下矩形平面結(jié)構(gòu)：摩爾質(zhì)量為319.85g/mol，陽(yáng)離子大小為17.0×7.6×3.25?3。亞甲基藍(lán)的吸附有三種取向：平面吸附投影面積為135?2，側(cè)面吸附投影面積為75?2，端基吸附投影面積為39.5?2。對(duì)于非石墨型的活性碳及

5、硅藻土，亞甲基藍(lán)可能不是平面吸附而是端基吸附，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算，在單層吸附的情況下，1mg亞甲基藍(lán)的覆蓋面積可按2.45m2計(jì)算。而對(duì)Al2O3則可能是側(cè)面吸附。本實(shí)驗(yàn)將定量的三種固體吸附劑與一定量的亞甲基藍(lán)溶液相混合，在常溫下振蕩，使其達(dá)到吸附平衡。用分光光度計(jì)測(cè)量吸附前后亞甲基藍(lán)溶液的濃度。從濃度的變化求出每克活性碳吸附亞甲基藍(lán)的吸附量q。q=(3)式中：q為吸附量（mg/g），c0為亞甲基藍(lán)原始濃度（ppm），c為亞甲基藍(lán)平衡濃度(ppm)，w為固體樣品重（g）。求出三種固體吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的飽和吸收量后

6、，就可以由下式求出各種固體比表面積。S=qa（4）式中：q為吸附量（mg/g）,a為1mg亞甲基藍(lán)覆蓋固體的面積，對(duì)活性碳和硅藻土為2.45m2。③Lambert-Beer定律：根據(jù)光吸收定律，當(dāng)入射光為一定波長(zhǎng)的單色光時(shí)，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(5)式中，A為吸光度，I0為入射光強(qiáng)度，I為透過(guò)光強(qiáng)度，e為摩爾吸光系數(shù)，b為光徑長(zhǎng)度或液層厚度，c為溶液濃度。由于同一種溶液在不同波長(zhǎng)處測(cè)得吸光度不同，為提高測(cè)量靈敏度，將吸光度A對(duì)波長(zhǎng)作圖得溶液吸附曲線，工作波長(zhǎng)就選取在吸光度A最

7、大處。亞甲基藍(lán)溶液在可見(jiàn)區(qū)有2個(gè)吸收峰：445nm和665nm。但在445nm處活性碳吸附對(duì)吸收峰有很大的干擾，故本試驗(yàn)選用的工作波長(zhǎng)為665nm，并用分光光度計(jì)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)一般由五部分組成：三、儀器和試劑：1）、儀器：722型光電分光光度計(jì)及其附件1臺(tái)（如下圖Fig#1）；康氏振蕩器1臺(tái)（如下圖Fig#2）；分析天平一臺(tái)；烘箱一臺(tái)；容量瓶：1000ml1只，100mL5只，50mL1只；移液管：5ml1支，10ml1支；具塞錐形瓶：100mL3個(gè)；長(zhǎng)頸玻璃漏斗3只；燒杯：50ml4個(gè)；洗

8、瓶一個(gè)；洗耳球一只；滴管若干。2）、試劑：亞甲基藍(lán)(100ppm標(biāo)準(zhǔn)溶液)；粉末狀非石墨型活性碳；硅藻土；堿性Al2O3。四.實(shí)驗(yàn)裝置圖：Fig#1722型光電分光光度計(jì)Fig#2康氏振蕩器四、實(shí)驗(yàn)步驟:樣品活化步驟略去。1、吸附量的測(cè)定準(zhǔn)確配制100ppm亞甲基藍(lán)1000ml。取100ml具塞錐形瓶3只，洗滌烘干。分別準(zhǔn)確稱取活性碳0.01g；硅藻土0.1g；堿性Al2O30.3g，