含氧官能团滴定

2.2 活性炭含氧基团的测定

活性炭的微孔表面含有多种化学基团，主要是羧基，内酯基，酚羟基，醌型羰基，这些化学基团量的多少直接影响着活性炭的吸附性能，为检测不同种类活性炭表面化学基团情况，现用化学滴定的方法对活性炭进行检测。

2.2.1 溶液的配制及标定

2.2.1.1配置：

(1) 0.5mol/L 的碳酸氢钠溶液

称取42g 碳酸氢钠于烧杯中，加蒸馏水完全溶解后转至1L 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

(2)0.5mol/L 的碳酸钠溶液

称取53g 碳酸钠于烧杯中，加蒸馏水完全溶解后转至1L 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

(3)0.5mol/L 的氢氧化钠溶液

称取20g 氢氧化钠溶于200mL 蒸馏水中，待全部溶解后转至1L 容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

(4) 0.5mol/L 的乙醇钠溶液

称取34g 乙醇钠溶于200mL 蒸馏水中，待全部溶解后转至1L 容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

(5) 0.1mol/L 的盐酸溶液的配制

移取浓盐酸9mL ，用水稀释至1L ，混匀。该溶液浓度约为0.1N 。用碳酸钠标定。

2.2.1.2溶液的标定

（1）0.1N 盐酸的标定：准确称取基准无水碳酸钠(先在烘箱中于180℃烘2h ，然后置于干燥器中冷却后称重)0.1000g ，溶于50mL 水中，加0.1%甲基橙指示剂2-3滴，用0.1N 盐酸溶液滴定至溶液呈橙红色，煮沸2-3min ，冷却后继续滴定至橙红色。

（2）四种碱溶液的标定：用标定好的0.1N 盐酸对以上四种碱溶液进行滴定。准确移取2mL 碱溶液于250mL 锥形瓶中，加入少量去离子水，再加入溴甲酚绿——甲基红指示剂（0.1%溴甲酚绿：0.1%甲基红=3：1）8滴，摇匀后开始用上述标定好的盐酸溶液进行滴定，滴定至溶液由绿色变为酒红色，所消耗盐酸体积分别为v1，v2，v3，v4。

2.2.1.3结果计算

（1）2320.1000HCl Na CO HCl N M V ⨯=⨯

HCl N ——盐酸的浓度，mol/L ，

23Na CO M ——碳酸钠的分子量，

HCl V ——滴定所消耗的盐酸的体积，L 。 （2）2HCl HCl V N N ⨯=碱（22

HCl HCl V N N ⨯=⨯23Na CO ） N 碱——碱溶液的浓度，mol/L ，

HCl V ——消耗的盐酸的体积，mL ，

HCl N ——上述已标定好的盐酸的浓度，mol/L ，

2——所取的碱液的体积，mL 。

2.2.2 表面官能团测定实验方法

称取干燥后的活性炭1g ，放入四个250mL 的碘量瓶，碘量瓶分别加入0.5mol/L 的碳酸氢钠溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、乙醇钠溶液20mL ，用玻璃塞密封后恒温（常温）于振荡器上振荡24h 以后过滤，滤液定容至50mL 容量瓶中，取滤液10mL ，加入溴甲酚绿一甲基红指示剂(0.1溴甲酚绿:0.1%甲基红=3:1) 8滴，用0.1N 盐酸滴定至溶液由绿色变为酒红色，消耗盐酸的体积分别为V 1，V 2 ，V 3 ，V 4。

2.2.3 结果计算

碳酸氢钠溶液中和值为羧基数量，碳酸钠中和值为羧基和内酯基之和，氢氧化钠中和值表为羧基、内酯基和酚羟基之和，乙醇钠中和值表示前三种基团加上醌型羰基。根据盐酸消耗量的不同，可以计算出相应基团的含量。计算公式如下: 11(2)(2)X X X X HCl HCl x HCl HCl N C C V C C V --=⨯-⨯-⨯-⨯

1X X X n N N -=-

X N ——X 种基团的总量，mol/g ， X 依次取4、3、2、1，

X C ——第X 种碱的浓度，mol/mL ， X 依次取4、3、2、1，

HCl C ——所用盐酸的浓度，mol/mL ，

X HCl V ——第X 种碱所消耗的盐酸的体积，mL ， X 依次取4、3、2、1，

X n ——第X 种基团的含量，mol/g ， X 依次取4、3、2、1。

4、3、2、1依次代表羧基、内酯基、酚羟基、醌型羰基

现在要表征制备的活性炭，

特别是表面的含氧基团，比如羧基，醛基，内酯，醌基等，

现在看了一些文献，都没看到专门针对这些基团的表征，

不知道通过XPS和IR能去分出这些基团来吗，还有一个问题是否能够定量？

现在还没开始做，想问下有经验的虫子们，是否有比较好的办法呢？

一、含氧官能团主要是一些酸性基团，通常有三种方法可以确定。一种是胺滴定法，用指示剂确定酸强度；一种是为气体碱吸附法；另一种水溶液中的滴定即质量滴定法，即催化剂中毒反滴定法，利用过量的碱和活性炭的活性中心在分子层次充分结合（Boehm滴定法），然后用盐酸反滴定剩下的碱。

二、两个方法你可以考虑

一个是XPS分峰

一个是在惰性气体下做TPD，生成的CO2对应COOH，CO对应C=O

三、1.到碳纤维阶段红外基本上不会出现有意义的峰了，XPS测表面比较理想。

2.如果你的纤维不导电可以考虑作NMR.

四、活性炭表面的含氧基团使活性炭具有两性性质。一般认为羧基基团、酸酐、酚羟基、酯基和乳酸基团或多或少地显酸性，而碱性基团是一些过氧化基团。Boehm分析了活性炭上碱性氧化物的存在形式，指出羰基、吡喃酮、苯并吡喃和醚基等呈碱性。但一般认为活性炭的碱性主要是由其无氧的Lewis碱表面引起的，即主要是由酸性含氧基团的缺失引起的。Boehm滴定是基于不同强度的酸性和碱性表面氧化物的反应性而进行的定性和定量分析方法，也是目前所使用的最简便、最常用的多孔炭表面的化学分析技术。利用Boehm滴定可以很好地区分活性炭表面的强酸、中强酸、弱酸以及碱性基团的量。

其具体方法为：对某一待测炭样，准确称取4份重为1.0g的样品，并各自放入250ml的碘量瓶中，然后在这四个瓶子中分别加入25ml 0.1mol/L的盐酸溶液、0.1mol/L的NaOH溶液、0.1mol/L的Na2CO3溶液、0.1 mol/L的NaHCO3溶液，振荡30min，于25℃的恒温槽中静置48h平衡后过滤。精确量取四种滤液各10ml，分别稀释到50ml。

(1) 用标准0.1mol/L的NaOH溶液滴定浸泡前后盐酸溶液的变化，测定出样品吸附盐酸的量，计算出单位质量的样品所消耗的盐酸的量，作为其表面碱性基团的数量；

碱性基团数量= HCl溶液消耗量

(2) 用标准0.1mol/L的盐酸溶液滴定浸泡前后NaOH溶液的变化，测定出样品吸附NaOH的量，计算出单位质量的样品所消耗的NaOH的量，作为其表面酸性基团的数量；酸性基团数量= NaOH溶液消耗量

(3) 用标准0.1mol/L的盐酸溶液滴定浸泡前后Na2CO3溶液的变化，测定出样品吸附Na2CO3的量，计算出单位质量的样品所消耗的Na2CO3的量，计算出其表面酚羟基的数