溶液吸附法測(cè)定固體比表面積

1、中級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：溶液吸附法測(cè)定固體比表面積一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 用亞甲基藍(lán)水溶液吸附法測(cè)定活性炭、硅藻土、堿性層析氧化鋁的比表面積。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 了解溶液吸附法測(cè)定固體比表面積的優(yōu)缺點(diǎn)。二、 實(shí)驗(yàn)原理測(cè)定固體物質(zhì)比表面的方法很多，常用的有BET低溫吸附法、電子顯微鏡法和氣相色譜法等，不過這些方法都需要復(fù)雜的裝置，或較長(zhǎng)的時(shí)間。而溶液吸附法測(cè)定固體物質(zhì)比表面，儀器簡(jiǎn)單，操作方便，還可以同時(shí)測(cè)定許多個(gè)樣品，因此常被采用，但溶液吸附法測(cè)定結(jié)果有一定誤差。其主要原因在于：吸附時(shí)非球型吸附層在各種吸附劑的表面取向并不一致，每個(gè)吸附分子的投影面積可以相差

2、很遠(yuǎn)，所以，溶液吸附法測(cè)得的數(shù)值應(yīng)以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用來測(cè)定大量同類樣品的相對(duì)值。溶液吸附法測(cè)定結(jié)果誤差一般為10%左右。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為透過光強(qiáng)度，e為吸光系數(shù)，b為光徑長(zhǎng)度或液層厚度，c為溶液濃度。亞甲基藍(lán)溶液在可見區(qū)有2個(gè)吸收峰：445nm和665nm。但在445nm處活性炭吸附對(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)行測(cè)量。水溶性染料的吸附已廣泛應(yīng)用于固體物質(zhì)比表面的測(cè)定。在所有染料中，亞甲基藍(lán)具有最

3、大的吸附傾向。研究表明，在大多數(shù)固體上，亞甲基藍(lán)吸附都是單分子層，即符合朗格繆爾型吸附。但當(dāng)原始溶液濃度較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多分子層吸附，而如果吸附平衡后溶液的濃度過低，則吸附又不能達(dá)到飽和，因此，原始溶液的濃度以及吸附平衡后的溶液濃度都應(yīng)選在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。本實(shí)驗(yàn)原始溶液濃度為100ppm左右，平衡溶液濃度不小于10ppm。亞甲基藍(lán)具有以下矩形平面結(jié)構(gòu)：亞甲基藍(lán)分子的平面結(jié)構(gòu)如圖所示。陽離子大小為1.7010-10m7610-10m32510-10m。亞甲基藍(lán)的吸附有三種趨向：平面吸附，投影面積為1.3510-18m2；側(cè)面吸附，投影面積為7.510-19m2；端基吸附，投影面積為39.510-19

4、m2。對(duì)于非石墨型的活性炭，亞甲基藍(lán)可能不是平面吸附，也不是側(cè)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)覆蓋的面積可按2.45m2計(jì)算。而對(duì)Al2O3則可能是側(cè)面吸附。求出各種固體對(duì)亞甲基藍(lán)的飽和吸附量后，即可求出各種固體的比表面積。三、 實(shí)驗(yàn)步驟1 樣品活化為了消除樣品中可能吸附的物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將樣品活化。將適量顆?；钚蕴?、硅藻土、堿性層析氧化鋁；分別置于50ml瓷坩堝中，放入馬弗爐內(nèi)，設(shè)置程序控溫器以5/min的升溫速率，升溫至350下活化30min，然后放入保干器中備用。2 吸附量的測(cè)定準(zhǔn)確配制100ppm亞甲基藍(lán)溶液1000ml（0

5、.0253g亞甲基藍(lán)溶于250ml水）。取100ml錐形瓶3只，洗滌烘干。分別準(zhǔn)確稱取活性炭0.0114g、硅藻土0.1009g、堿性Al2O3 0.3007g，各置于一個(gè)錐形瓶中，編上號(hào)。再分別加入50ml100ppm亞甲基藍(lán)溶液，加塞后在振蕩器上振蕩4h。3 配置亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液用100ppm亞甲基藍(lán)溶液配制1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液各100ml。4 選擇工作波長(zhǎng)用3ppm標(biāo)準(zhǔn)溶液在600nm700nm范圍測(cè)量吸光度，以吸光度最大時(shí)的波長(zhǎng)作為工作波長(zhǎng)。662nm5 制作亞甲基藍(lán)工作曲線以蒸餾水為空白。用1cm比色皿分別測(cè)定1ppm、3ppm、5ppm

6、、8ppm、10ppm亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。并作吸光度A亞甲基藍(lán)濃度c工作曲線，備用。6 測(cè)定亞甲基藍(lán)平衡濃度樣品振蕩4h后，取下錐形瓶，用濾紙過濾，去濾液5ml，然后收集濾液，根據(jù)顏色深淺，稀釋不同倍數(shù)，使吸光度值在工作曲線的范圍內(nèi)。測(cè)定各種濾液的吸光度，并在工作曲線上求出相應(yīng)濃度，乘上稀釋倍數(shù)，求出各種濾液的平衡濃度。四、 數(shù)據(jù)處理c亞甲基藍(lán)=25.3mg/0.25L=101.2ppm吸光度A亞甲基藍(lán)濃度c表c亞甲基藍(lán)（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

7、.4211.424510.121.7331.7361.7345吸光度A亞甲基藍(lán)濃度c工作曲線1 求各種固體的飽和吸附量q=（c0-c）50w1000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）。固體樣品數(shù)據(jù)表吸光度A工作曲線上求出相應(yīng)濃度c（pm）稀釋倍數(shù)對(duì)應(yīng)亞甲基藍(lán)平衡濃度c（ppm）固體樣品重w（g）活性炭1.37737.77921077.7920.0114硅藻土1.43738.16551081.6550.1009堿性Al2O31.2176.76481067.6480.3007q活性炭=（c0-c）50w1000=（1

8、00ppm-77.792ppm）50ml0.0114g1000=97.40mg/gq硅藻土=（c0-c）50w1000=（100ppm-81.655ppm）50ml0.1009g1000=9.09mg/gq堿性Al2O3=（c0-c）50w1000=（100ppm-67.648ppm）50ml0.3007g1000=5.38mg/g2 計(jì)算固體比表面積計(jì)算公式為S=qa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)活性炭和硅藻土為2.45cm2，對(duì)堿性Al2O3自己計(jì)算。對(duì)于非石墨型的活性炭和硅藻土，亞甲基藍(lán)可能不是平面吸附而是端基吸附。而堿性Al2O3可能是側(cè)面吸附，a堿

9、性Al2O3=2.45m27539.5=4.65m2S活性炭=qa=97.40mgg2.45m2mg=238.63m2gS硅藻土=qa=9.09mgg2.45m2mg=22.2705m2gS堿性Al2O3=qa=5.38mgg4.65m2mg=25.017m2g3 列表討論列表表示活性炭、硅藻土、堿性Al2O3對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量，并討論大小順序。對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量q（mg/g）活性炭97.40硅藻土9.09堿性Al2O35.38大小順序：活性炭硅藻土堿性Al2O3說明活性炭吸附性最好。五、 討論1 亞甲基藍(lán)濃度過高過低有何缺點(diǎn)，如何調(diào)整？當(dāng)原始溶液濃度較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多分子層吸附，而如果吸附平衡后溶液的濃度過低，則吸附又不能達(dá)到飽和，因此，原始溶液的濃度以及吸附平衡后的溶液濃度都應(yīng)選在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。過高時(shí)稀釋，過低時(shí)再加入亞甲基藍(lán)，調(diào)整至合適濃度即可。2 溶