實驗37溶液吸附法測定固體比表畫積.doc

實驗37溶液吸附法測定固體比表畫積一、目的用次甲基藍水溶液吸附法測定顆?；钚蕴康谋缺砻娣e。了解朗謬爾(Langmuir)單分子層吸附理論和溶液法測定比表面的基本原理。二、基本原理在一定溫度下，固體在某些溶液中的吸附與固體對氣體的吸附很相似，可用Langmuir單分子層吸附方程來處理。Langmuir吸附理論的基本假定是：固體表面是均勻的,吸附是單分子層吸附，被吸附在固體表面上的分子相互之間無作用力，吸附平衡是動態(tài)平衡；根據(jù)以上假定,推導出吸附方程式中 一吸附作用的平衡常數(shù)，也稱吸附系數(shù)，與吸附質(zhì)、吸附劑性質(zhì)及溫度有關(guān),其值愈大，則表示吸附能力愈強,具有濃度倒數(shù)的量綱。平衡吸附量，1g吸附劑達吸附平衡時，吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量(mol.g-1)。飽和吸附量，1g吸附劑的表面上蓋滿一層吸附質(zhì)分子時所能吸附的最大量(mol.g-1)。C一達到吸附平衡時，溶質(zhì)在溶液本體中的平衡濃度（）。在一定溫度下，對一定量的吸附劑與吸附質(zhì)來說與b都是常數(shù)。若能求得，則可由下式求得吸附劑比表面，單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積(m2.g-1)為 式中 阿伏加德羅常數(shù)；A一吸附質(zhì)分子的截面積（nm)2；可由下逑方法求得。作吸附等溫線求。測出一定量吸附劑,與不同吸附量相對應的平衡濃度c，作-c曲線形式如圖. 101。從圖可知：當濃度很低時, 與c成直線關(guān)系；當濃度較大時，與c成曲線關(guān)系；當濃度足夠大時，呈現(xiàn)一個吸附量的極限值，此時若再增加濃度，吸附量不再改變，說明溶液的表面吸附已達飽和狀態(tài)，溶液中的溶質(zhì)不能更多地吸附于表面，故稱為飽和吸附量?？山频乜醋鍪窃趩挝槐砻嫔隙ㄏ蚺帕谐蕟畏肿訉游綍r吸附物質(zhì)的量。從-c圖中可求得。由Langmuir單分子層吸附方程處理可求得。將式（）整理后，得用對c作圖,從直線斜率可求得，再結(jié)合截距可得到b。對于指定物質(zhì)，式中A、皆為常數(shù),算出即可計箅比表面?；钚蕴渴且环N固體吸附劑,而作為染料的次甲基藍具有最大的吸附傾向。研究表明, 在一定的濃度范圍內(nèi)，大多數(shù)固體對次甲基藍的吸附是單分子層吸附符合朗謬爾吸附理論。本實驗以活性炭為吸附劑，將定量的活性炭與一定量的幾種不同濃度的次甲基藍相混,在常溫下振蕩，使其達到吸附平衡。用分光光度計測量吸附前后次甲基藍溶液的濃度。從濃度的變化可以求出每克活性炭吸附次甲基藍的吸附量。式中 V一吸附溶液的總體積(L)；m一加入溶液的吸附劑質(zhì)量（g)；c和一平衡濃度和原始濃度()。當原始濃度過高時,會出現(xiàn)多分子吸附，而如果平衡后的濃度過低,吸附又不能達到飽和。因此原始溶液濃度都應選擇在適當?shù)姆秶?。本實驗原始溶液的濃度?.2%左右,平衡溶液濃度不小于0.1%。次甲基藍具有以下矩形平面結(jié)構(gòu)其摩爾質(zhì)量為373.9，假設(shè)吸附質(zhì)分子在表面是直立的A=1.5210-18m2.分子-1，故=6.021023分子.mol-1 1.5210-18m2. 分子-1 =9.15105 m2.mol-1 ，9.15105 m2.mol-1 。用72型分光光度計進行測量時,次甲基藍溶液在可見區(qū)有兩個吸收峰45nm和665nm，但在445 nm處活性炭吸附對吸收峰有很大的干擾，故本實驗選用的工作波長為 665nm。若用其他分光光度計測量時，波長另行選擇。三、儀器與試劑72型光電分光光度計及其附件(或722S分光光度計)1臺,康氏振蕩器1臺,容量瓶(500 mL)6個,容量瓶(50、100mL)各5個，2號砂心漏斗1只,帶塞錐形瓶(100mL)5個，滴管2支。次甲基藍：質(zhì)量分數(shù)為0.2%左右的原始溶液，質(zhì)量分數(shù)為0.01%的標準溶液,顆粒狀非石墨型活性炭。四、搡作步驟1.樣品活化將顆粒活性炭置于瓷堆禍中，放入500馬福爐活化1h,然后置于干燥器中備用(學生不做)。2.平衡溶液取5個洗凈干燥的帶塞錐形瓶，編號,分別準確稱取活化過的活性炭約0.1g置于瓶中,記錄活性炭的用量。（可用減量法）按表.47的數(shù)據(jù)配制不同濃度的次甲基藍溶液，然后塞上磨口塞,放置在康氏振蕩器上振蕩35h。表.47瓶 編 號1 2 3 4 5 V（質(zhì)量分數(shù)0.2%次甲基藍溶液）/mL30 20 15 10 5V(蒸餾水)/mL20 30 35 40 45樣品振蕩達到平衡后,將錐形瓶取下,用砂心漏斗過濾,得到吸附平衡后溶液。分別稱取濾液5g放入500mL容量瓶中,并用蒸餾水稀釋至刻度，待用。 3.原始溶液為了準確稱量質(zhì)量分數(shù)約0.2%的次甲基藍原始溶液，稱取2.5g溶液放入500mL容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度，待用。4.次甲基藍標準溶液的配制用移液管吸取2、4、6、8、11mL質(zhì)量分數(shù)0.01%標準次甲基藍溶液于100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，即得（2、4、6、8、11）10-6的標準溶液，待用。次甲基藍溶液的密度可用水的密度代替。 5.選擇工作波長對于次甲基藍溶液，工作波長為665nm，由于各臺分光光度計波長刻度略有誤差, 可取某一待用標準溶液，在600700nm范圍內(nèi)每隔5nm測量消光值,以吸光度最大的波長作為工作波長。6.測量吸光度以蒸餾水為空白溶液，在選定的工作波長下，分別測量五個標準溶液、五個稀釋后的平衡溶液以及稀釋后的原始溶液的吸光度。五、數(shù)據(jù)處理1.作次甲基藍溶液濃度對吸光度的工作曲線算出各個標準溶液的摩爾濃度，以次甲基藍標準溶液摩爾濃度對吸光度作圖，所得直線即工作曲線。2.求次甲基藍原始溶液的濃度和各個平衡溶液的濃度將實驗測定的稀釋后原始溶液的吸光度從工作曲線上查得對應的濃度，乘上稀釋倍數(shù)200，即為原始溶液的濃度。將實驗測定的各個稀釋后的平衡溶液吸光度從工作曲線上查得對應的濃度，乘上稀釋倍數(shù)100，即為平衡溶液的濃度c。3.計算吸附溶液的初始濃度 按實驗步驟2的溶液配制方法計算各吸附溶液的初始濃度。4.計算吸附量由平衡濃度c及初始濃度數(shù)據(jù)按下式計算吸附量 式中V-吸附溶液的總體積江)；m-加人溶液的吸附劑質(zhì)量(g),濃度單位為mol.L-1。 將所得數(shù)據(jù)列于表.48中。表.48瓶編號12345V(質(zhì)量分數(shù)0.2%次甲基藍溶液302015105V（蒸餾水）/mL2030354045原始溶液濃度原始溶液濃度/(mol.L-1)平衡溶液的消光值溶液原始濃度c平衡溶液的濃度/(mol.L-1)/(mol.L-1)5.作朗謬爾吸附等溫線以為縱坐標，c為橫坐標,作對c的吸附等溫線。 6.求飽和吸附量由和c數(shù)據(jù)計算值，然后作-c圖，由圖求得飽和吸附量。將值用虛線作水平線在-c圖上,這一虛線即是吸附量的漸近線。 7 .計算活性炭樣品的比表面積 將值代人式，可算得活性炭樣品的比表面積。 六、討論 活性炭易吸潮引起稱量誤差，故在稱量活性炭時動手要迅速,除了加、取樣外,應隨時蓋緊稱量瓶蓋，用減量法稱量。 溶液法測量比表面的誤差一般在10%左右,可用其他方法校正。影響測定結(jié)果的主要因素是溫度、吸附質(zhì)的濃度、振蕩時間。 除分光光度法外，還可用化學分析法,測定原理與分光光度法基本相同。操作中將不同濃度的醋酸溶液代替次甲基藍溶液，用標準的0.1mol.L-1NOH溶液滴定吸附前后醋酸濃度,計箅活性炭比表面時，按每個醋酸分子的橫截面積為0.24nm2進行計箅。另外,還可用最大氣泡法測量活性炭對正丁醇水溶液吸附平衡后的表面張力,并求出其吸附平衡濃度。然后用圖解法或最小二乘法求出蘭謬爾吸附公式中的常數(shù)，如飽和吸附量等；并推算活性炭的比表面。 測定溶液濃度時，若吸光度值大于0.8，則需適當稀釋后再進行測定。 應當指出,若溶液吸附法的吸附質(zhì)濃度選擇適當,即初始溶液的濃度以及吸附平衡后的濃度都選擇在合適的范圍，既防止初始濃度過高導致出現(xiàn)多分子層吸附，又避免平衡后的濃度過低使吸附達不到飽和，那么就可以不必像本實驗要求的那樣，配制一系列初始濃度的溶液進行吸附測量，然后采用朗謬爾吸附理論處理實驗數(shù)據(jù)，才能算出吸附劑比表面；而是僅需配制一種初始濃度的溶液進行吸附測量，使吸附劑吸附達到飽和吸附又符合朗謬爾單分子層的要求，從而簡便地計算出吸附劑的比表面積。實驗者不妨在完成本實驗測量以后，根據(jù)上述思路，提出如上簡便測量所合適的吸附質(zhì)溶液的濃度范圍，并設(shè)計實驗測量的要點。 七、思考題 影響比表面測定的主要因素有哪些？ 如何確定濃度是吸附平衡的濃度？ 八