网站地图
【www.arisingsemi.com--热门资讯】
活性炭比表面积 实验十一 溶液吸附法测定固体比表面积一、目的要求
1. 学会用次甲基蓝水溶液吸附法测定活性炭的比表面积。
2. 了解郎缪尔单分子层吸附理论及溶液吸附法测定比表面积的基本原理。
二、重点与难点
1.单分子层吸附理论
2.溶液吸附法测定比表面积的原理
三、基本原理
溶液的吸附可用于测定固体比表面积。
次甲基蓝是易于被固体吸附的水溶性染料，研究表明，在一定浓度范围内，大多数固体对次甲基蓝的吸附是单分子层吸附，符合郎缪尔吸附理论。
郎缪尔吸附理论的基本假设是：固体表面是均匀的，吸附是单分子层吸附，吸附剂一旦被吸附质覆盖就不能被再吸附；在吸附平衡时候，吸附和脱附建立动态平衡；吸附平衡前，吸附速率与空白表面成正比，解吸速率与覆盖度成正比。
设固体表面的吸附位总数为N，覆盖度为θ，溶液中吸附质的浓度为c，根据上述假定，有
吸附速率: r吸 = k1N(1-)c (k1为吸附速率常数)
脱附速率: r脱 = k-1N (k-1为脱附速率常数)
当达到吸附平衡时: r吸 = r脱 即 k1N(1-)c = k-1N
由此可得: (2-25-1)
式中K吸=k1/k-1称为吸附平衡常数，其值决定于吸附剂和吸附质的性质及温度，K吸值越大，固体对吸附质吸附能力越强。若以Γ表示浓度c时的平衡吸附量，以表示全部吸附位被占据时单分子层吸附量，即饱和吸附量，则: = /
代入式(2-25-1)得 (2-25-2)
整理式(2-25-2)得到如下形式
(2-25-3)
作c/Γ～c图，从直线斜率可求得，再结合截距便可得到K吸。指每克吸附剂对吸附质的饱和吸附量(用物质的量表示)，若每个吸附质分子在吸附剂上所占据的面积为A，则吸附剂的比表面积可以按照下式计算
S=LA (2-25-4)
式中S为吸附剂比表面积，L为阿伏加德罗常数。
次甲基蓝的结构为：
阳离子大小为17.0 ×7.6× 3.25 ×10-30 m3
次甲基蓝的吸附有三种取向：平面吸附投影面积为135×10–20m2，侧面吸附投影面积为75×10–20m2，端基吸附投影面积为39×10–20m2。对于非石墨型的活性炭，次甲基蓝是以端基吸附取向，吸附在活性炭表面，因此＝39 ×10–20m2。
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
A= -lg(I/I0)=bc (2-25-5)
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。
次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。
四、仪器与试剂
分光光度计及其附件 1套 容量瓶(500mL) 6只
HY振荡器 1台 2号砂芯漏斗 5只
容量瓶(50mL) 5只 带塞锥心瓶 5只
容量瓶(100mL) 5只 滴管 2支
次甲基蓝溶液(0.2%左右原始溶液) 次甲基蓝标准液(0.3126×10–3 mol·L–1)
颗粒状非石墨型活性炭
五、实验步骤
1. 样品活化
颗粒活性炭置于瓷坩埚中放入500℃马福炉活化1h，然后置于干燥器中备用。
(此步骤实验前已经由实验室做好)
2. 溶液吸附
取5只干燥的带塞锥型瓶，编号，分别准确称取活化过的活性炭约0.1g置于瓶中，按下列表格配制不同浓度的次甲基蓝溶液50mL，塞好，放在振荡器上震荡3h。样品振荡达到平衡后，将锥形瓶取下，用砂芯漏斗过滤，得到吸附平衡后滤液。分别量取滤液5 mL于500 mL容量瓶中，用蒸馏水定容摇匀待用。此为平衡稀释液。
表2-25-1 吸附试样配制比例
瓶编号
1
2
3
4
5
V(0.2%次甲基蓝溶液)/mL
30
20
15
10
5
V(蒸馏水)/mL
20
30
35
40
45
3. 原始溶液处理
为了准确测量约0.2%次甲基蓝原始溶液的浓度，量取2.5 mL溶液放入500 mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，待用。此为原始溶液稀释液。
4. 次甲基蓝标准溶液的配制
分别量取
2、
4、
6、
9、11 mL浓度为0.3126×10-3 mol·L–1的标准溶液于100 mL容量瓶中，蒸馏水定容摇匀，依次编号B2#、B3#、B4#、B5#、B6#待用。取B2#标液5mL于50 mL容量瓶中定容，得B1#标液。B1#、B2#、B3#、B4#、B5#、B6#等六个标液的浓度依次为0.
002、0.
02、0.
04、0.
06、0.
09、0.11×(0.3126×10-3 mol·L–1)。
5. 选择工作波长
对于次甲基蓝溶液，工作波长为665 nm。
由于各分光光度计波长刻度略有误差，取浓度为0.04×(0.3126×10-3 mol·L–1)的标准溶液(即B3#)，在600～700 nm范围内测量吸光度，以吸光度最大的波长为工作波长。
6. 测量吸光度
选择透光率T%高的比色皿用作参比。因为次甲基具有吸附性，应按照从稀到浓的顺序测定。
因本实验的标准溶液浓度范围太宽，所以工作曲线作两条:一是以B1#为参比，依次测量B1#、B2#、B3#标准溶液的透光率T%；二是以B3#标准溶液为参比，测量B3#、B4#、B5#、B6#标准溶液的透光率T%。
用洗液洗涤比色皿，用自来水冲洗，再用蒸馏水清洗2～3次，以B1#为参比，测量5#、4#、3#吸附平衡溶液的稀释液的透光率T%；以B3#标准溶液为参比，测量2#、1#吸附平衡液稀释及原始溶液稀释液的透光率T%。
六、数据处理
1. 作次甲基蓝溶液吸光度对浓度的工作曲线
工作曲线作两条：一是以B1#为参比，测定的B1#、B2#、B3#标液的吸光度A对浓度c作图；二是以B3#标溶为参比，测定的B3#、B4#、B5#、B6#标液的吸光度A对浓度c作图。
所得两条直线即为工作曲线。
2. 求次甲基蓝原始溶液浓度和各个平衡溶液浓度
据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c0。
将试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200，即为平衡溶液的浓度ci。
3. 计算吸附溶液的初始浓度 按照试验步骤2的溶液配制方法，计算各吸附溶液的初始浓度c0,i。
4. 计算吸附量 由平衡浓度ci及初始浓度c0,i数据，按(2-25-6)式计算吸附量Γi
(2-25-6)
式中V(L)为吸附溶液的总体积，m(g)为加入溶液的吸附剂质量。
5. 做郎缪尔吸附等温线 以Γ为纵坐标，c为横坐标，作Γ～c吸附等温线。
6. 求饱和吸附量 由Γ和c数据计算c/Γ 值，然后作c/Γ～c图，由图求得饱和吸附量Γ∞。将Γ∞ 值用虚线作一水平线在Γ～c图上。
这一虚线即是吸附量Γ的渐近线。
七、注意事项
1. 测量吸光度时要按从稀到浓的顺序，每个溶液要测3～4次，取平均值。
2. 用洗液洗涤比色皿时，接触时间不能超过2min，以免损坏比色皿。
八、思考题
1. 根据郎缪尔理论的基本假设，结合本实验数据，算出各平衡浓度的覆盖度，估算饱和吸附的平衡浓度范围。
2. 溶液产生吸附时，如何判断其达到平衡。。