溶液吸附法测固体比表面积

实验五 溶液吸附法测固体比表面积

一、实验目的:

1.了解溶液吸附法测定固体比表面的优缺点。

2.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。

3.用亚甲基蓝水溶液吸附法测定活性碳、硅藻土、碱性层析氧化铝比表面积。

二、实验原理：

① Langmuir 吸附定律：

在一定温度下以及一定的浓度范围内，大多数固体对次甲基蓝的吸附是单分子层吸附，与固体对气体的吸附很相似，可用Langmuir 单分子层吸附模型来处理。 Langmuir 吸附理论的基本假定是：

a) 固体表面是均匀的；

b) 吸附是单分子层吸附；

c) 被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力；

d) 吸附剂一旦被吸附质覆盖就不能被再吸附；

e) 吸附平衡时，吸附和脱附建立动态平衡；

f) 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。 根据以上假定，推导出吸附方程：

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

?)c (kr= kN (1-为吸附速率常数) 吸附速率: 1 1吸? = rkN(k 为脱附速率常

数)

脱附速率: -1 -1脱?? N = N (1-k )c 当达到吸附平衡时: r= r 即 k -11 脱吸Kc :由此可得 (1)

吸 θ? 1?Kc 吸式中K=k/k 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11-吸度，K 值越大，固体对吸附质吸附能力越强。若以q

表示浓度c 时的平衡吸附量，吸? =q/: q 以q 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?? q 代入式(1)得）（2 式中：K 为吸附作用的平衡常数，也称为吸附系数，与吸附质、吸附剂性质及温度有关，其值越大，则表示吸附能力越强；q 为平衡吸附量，1g 吸附剂达吸附平衡时，吸附的溶质的物质的量（mg/g ）；q 为饱和吸附量，1g 吸附剂的表面∞上盖满一层吸附质分子时所能吸附的最大量（mg/g ）；c 为达到吸附平衡时，溶 质在溶液本体中的平衡浓度。．

② 吸附剂对亚甲基蓝的吸附

溶液吸附法的吸附质一般用亚甲基蓝、苯酚、硬脂酸等，水溶性吸附质广泛应用于测定固体比表面积，由于在所有染料中亚甲基蓝具有最大的吸附倾向，故本实验选用亚甲基蓝作为吸附质，以活性碳、硅藻土、碱性层析氧化铝作为固体吸附剂。

亚甲基蓝()具有以下矩形平面结构：Methylene Blue trihydrate

3 。7.6×3.25 ?摩尔质量为319.85g/mol，阳离子大小为17.0 ×2，侧面吸附投影面135?亚甲基蓝的吸附有三种取向：平面吸附投影面积为22。，端基吸附投影面积为积为75 ?39.5 ?对于非石墨型的活性碳及硅藻土，亚甲基蓝可能不是平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亚甲基蓝的覆盖面积可按2计算。而对AlO2.45m则可能是侧面吸附。32本实验将定量的三种固体吸附剂与一定量的亚甲基蓝溶液相混合，在常温下振荡，使其达到吸附平衡。用分光光度计测量吸附前后亚甲基蓝溶液的浓度。从浓度的变化求出每克活

性碳吸附亚甲基蓝的吸附量q。

q=

(3)

式中：q为吸附量（mg/g），c为亚甲基蓝原始浓度（ppm），c为亚甲基蓝平0衡浓度(ppm)，w为固体样品重（g）。

求出三种固体吸附剂对亚甲基蓝的饱和吸收量后，就可以由下式求出各种固体比表面积。

S=qa）4（式中：q为吸附量（mg/g）,a为1mg亚甲基蓝覆盖固体的面积，对活性碳和2。2.45 m 硅藻土为③Lambert-Beer定律：

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

I?bc?lg?kcA?? (5)

I0AII?b为摩尔吸光系数，为入射光强度，为吸光度，为透过光强度，式中，0c 为溶液浓度。为光径长度或液层厚度，由于同一种溶液在不同波长处测得吸光度不同，为提高测量灵敏度，将吸光度A对波长作图得溶液吸附曲线，工作波长就选取在吸光度A最大处。

处活性碳吸445nm但在。665nm和445nm个吸收峰：2亚甲基蓝溶液在可见区有．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实际测量。

可见分光光度计的结构一般由五部分组成：

三、仪器和试剂：

1）、仪器：

722型光电分光光度计及其附件1台（如下图Fig#1）；康氏振荡器1台（如下图Fig#2）；

分析天平一台；

烘箱一台；

容量瓶：1000ml 1只，100mL 5只，50mL 1只；

移液管：5ml 1支，10ml 1支；

具塞锥形瓶：100mL 3个；

长颈玻璃漏斗3只；

烧杯：50ml 4个；

洗瓶一个；

洗耳球一只；

滴管若干。

2）、试剂：

亚甲基蓝(100ppm标准溶液)；

粉末状非石墨型活性碳；

硅藻土；

碱性AlO。

3 2实验装置图：四.

康氏振荡器 Fig#2型光电分光光度计Fig#1 722．

四、实验步骤:

样品活化步骤略去。

1、吸附量的测定

准确配制100ppm亚甲基蓝1000ml。取100ml具塞锥形瓶3只，洗涤烘干。分别准确称取活性碳0.01g；硅藻土0.1g；碱性AlO0.3g，（实际各试剂称取量 3 2见表Tab#1）各置于一个锥形瓶中，编号。再分别加50ml（容量瓶取）100ppm亚甲基蓝溶液，加塞后置于振荡器上振荡1.5h。

2、配制亚甲基蓝标准溶液

用移液管吸取1mL，3mL，5mL，8mL，10mL浓度为100ppm的标准亚甲基蓝溶液于100mL容量瓶中。用蒸馏水稀释至刻度，定容摇匀，即得1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm的标准溶液，待用。亚甲基蓝溶液的密度可以用水的密度代替。

3、选择工作波长

对于亚甲基蓝溶液，工作波长为665nm，由于各台分光光度计波长刻度略有误差，应自行选取工作波长。可取3ppm标准溶液，在600nm~700nm范围内先按10nm

间隔测吸光度，再于最大吸光波长左右分别以2nm为间隔测吸光度，以吸光度最大的波长作为工作波长。得到入射光波长与吸光度关系表Tab#2，并绘制亚甲基蓝吸收曲线图。Fig#3测量时发现最大吸收波长为664nm，故步骤4和步骤5即采用664nm作为工作波长。

4、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、5 ppm、8 ppm、10 ppm亚甲基蓝标准溶液的吸光度。得到亚甲基蓝浓度与吸光度关系表Tab#3，并作吸光度A-亚甲基蓝浓度c工作曲线Fig#4，备用。

5、测定亚甲基蓝平衡浓度

样品振荡1.5小时后，取下锥形瓶，分别用滤纸和玻璃长颈漏斗过滤，分别用烧杯收集滤液，根据颜色深浅稀释不同倍数，使吸光度在工作曲线范围内。测定三