实验4溶液吸附法测定固体比表面积

实验四溶液吸附法测定固体比表面

一、实验目的

1、了解溶液吸附法测定固体比表面的原理和方法。

2、用溶液吸附法测定活性炭（硅藻土、碱性层析氧化铝）的比表面。

3、掌握分光光度计工作原理及操作方法。

二、实验原理

1、朗伯-比尔定律（光吸收原理）

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（l0/I） =abc

式中：

A :吸光度；

Io:入射光强度；

I:透射光强度；

a：摩尔吸收系数，与吸收物质的性质及入射光的波长入有关；

b：液层厚度；

c：溶液浓度。

一般来说光的吸收定律可适用于任何波长的单色光，但同一种溶液在不同波

长所测得的吸光度不同，如果把吸光度A对波长入作图可得到溶液的吸收曲线，为了提高测量的灵敏度，工作波长一般选在A值最大处。

亚甲基蓝溶液在可见区有二个吸收峰：445nm和665nm，但在445nm处活性炭吸附对吸收峰有很大的干扰，固本实验选用的工作波长为665nm。

2、亚甲基蓝结构及吸附特征

亚甲基蓝具有以下矩形平面结构：

阳离子大小为17.0 >7.6 >3.25 X0-3O m3o亚甲基蓝的吸附有三种取向：平面吸

附投影面积为135X10-20m2，侧面吸附投影面积为75X10-20m2,端基吸附投影面

积为39X0-20m2。对于非石墨型的活性炭，亚甲基蓝是以端基吸附取向，吸附在活性炭表面。

3、朗格缪尔（Langmuir）单吸附理论

朗格缪尔吸附理论的基本假设是：固体表面是均匀的，吸附时单分子层吸附，吸附剂一旦被吸附质覆盖就不能再吸附，在吸附平衡时，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积成正比，解吸速率与覆盖度成正比。

水溶性染料的吸附已经应用于测定固体表面积比表面，在所有的染料中亚甲

基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在一定浓度范围内，大多数固体对亚甲基蓝的吸附是单分子层吸附，符合朗格缪尔吸附理论。但当原始溶液的浓度过高时，会出现多分子层吸附，而如果平衡浓度过低，吸附又不能达到饱和，因此原始溶液的浓度以及平衡后的浓度应选择在适当的范围。（若实验原始溶液的浓度为0.2% 左右，平衡溶液浓度应不小于

0.1%。）

比表面（1g固体物质所具有的总面积）是多孔性物质的一个重要特征参数，它在催化、色谱、环保、纺织等许多生产和科研部门有着广泛的应用。

本实验采用溶液吸附法测定固体物质的比表面。

在一定温度下，固体在某些溶液中吸附溶质的情况可用Langmuir单分子层

吸附方程来处理。其方程为

Kc

1 Kc

式中：r为平衡吸附量，单位质量吸附剂达到吸附平衡时，吸附溶质的物质的量（mol g-1）；r m为饱和吸附量，单位质量吸附剂的表面上吸满一层吸附质分子时所能吸附的最大量（molg-1）；c为达到吸附平衡时，吸附质在溶液本体中的平衡浓度（mol d m-3）；K为经验常数，与溶质（吸附质）、吸附剂性质有关。

吸附剂比表面S比（m2/g）：

S 比=r m N A A 式中：

N A：阿伏加德罗常数，6.02为023mol-1;

A :每个吸附质分子在吸附剂表面占据的面积。根据亚甲基蓝吸附特征，其

分子在吸附剂表面是直立的，A值取为39X10-20m2o

配制不同吸附质浓度C0的样品溶液，测量达到吸附平衡后吸附质的浓度c, 用下式计算各份样品中吸附剂的吸附量

.G - c）V

I = ---------------

m

式中：

C0是吸附前吸附质浓度（mol dm-3）；

c是达吸附平衡时吸附质浓度（mol dm-3）;

V是溶液体积（dm3）;

m是吸附剂质量（g）o

Lan gmuir方程可写成

C 1 1

c r F m FmK

c

根据改写的Langmuir单分子层吸附方程，作-〜c图，为直线，由直线斜率可求得im。

三、仪器和试剂

722型分光光度计、恒温振荡器、干燥器、锥形瓶（磨口100ml）、容量瓶

（50ml、100ml）、移液管（20ml、25ml、50ml）、25ml比色管、颗粒状非石墨型活性炭（蒸馏水清洗浸泡24h, 120C烘干24h进行活化）、滴管、亚甲基蓝水溶液（0.25 X0-3 mol dm-3）

四、实验步骤

1、选用5只洗净干燥的100ml磨口锥形瓶，向1至5号锥形瓶中分别加入蒸馏水30ml、25ml、20ml、10ml、0ml，及亚甲基蓝溶液（0.25 X0-3 mol dm-3）20ml、

25ml、30ml、40ml、50ml，加入的量如表1所示。将5个锥形瓶中的溶液分别取2ml

稀释50倍后，等待测定1至5号溶液吸附前的吸光度。

称取100.0mg左右活性炭5份（记录准确质量，精确到0.0001g）,分别放入1至5号剩余溶液中，将5只锥形瓶的瓶盖塞好，放在恒温振荡器内，在恒温下振荡1h o

2、配制浓度为1 X10-5mol dm-3的亚甲基蓝标准溶液（由0.25 X0-3 mol dm-3 的亚甲基蓝溶液稀释得到），取0ml、2ml、5ml、10ml、18ml、25ml的亚甲基蓝标准溶液，用比色管定容到25ml，测定其吸光度值，并绘制标准曲线。

3、吸附平衡后溶液浓度测定：将步骤1吸附已达平衡的溶液，取其上部清液2ml 稀释50倍后，用722型分光光度计在665nm处分别测其吸光度。如溶液浓度过大（A>0.8），用去离子水继续稀释一定倍数后测定。

4、实验完毕，将比色皿和所有使用过的玻璃器皿洗净。

五、数据记录及处理

1、亚甲基蓝吸附量

2、亚甲基蓝标准曲线

表2 亚甲基蓝标准曲线配置及吸光度