溶液吸附法测定固体比表面积

实验五溶液吸附法测定固体比表面积

一、实验目的

了解Langmuir吸附理论及溶液法测定比表面积的基本原理

二、实验原理

比表面积是粉末及多孔性物质的一个重要特性参数。它在催化、色谱、环保及纺织等生产和科研部门有着广泛的应用。

测定比表面积的方法有电子显微镜法、色谱法及BET法。常用BET法（又分静态法和动态法），但仪器及数据处理复杂是其缺点。而本法所用仪器简单，操作方便。

本实验采用亚甲蓝染料水溶液吸附法测定硅胶的比表面积，亚甲蓝具有很强的吸附倾向，可被大多数固体物质吸附，在一定条件下为单层吸附，该吸附具有Langmuir吸附特征。

根据Langmuir理论，当吸附达饱和时，吸附质（亚甲蓝）分子铺满整个吸附剂（硅胶）表面而不留下空位。此时，单位质量的吸附质分子所占的面积就等于被吸附的吸附质的分子数与每个分子在表面层所占面积的乘积。通常通过测定吸附质的重量而求得吸附质分子数。按下式计算吸附剂的比表面积S(m2/g):

S=Γ∞N A A/ΓM 5-1

式中：M为吸附质分子量（亚甲蓝的分子量为373.88），N A为阿弗伽德罗常数

（6.0222 ×1023），Γ为吸附剂的质量（g），Γ∞为吸附达饱和时吸附质的质量（g），A为吸附质（亚甲蓝）分子吸附投影面积。

亚甲蓝易溶于水呈天蓝色，在空气中较稳定，不易受吸附剂酸碱性的影响。亚甲蓝水溶液在445nm和665nm处具有吸收峰，用紫外分光光度计测定吸附前后溶液吸收度值的变化，求出Γ∞。

由于亚甲蓝分子具有矩形结构，分子长16.0 Å，宽8.4 Å，最小的宽度为4.7 Å，如下图所示：它吸附于吸附剂上有三种取向，平面吸附投影面积为135 Å2，侧面吸附投影面积为75 Å2，端积吸附投影面积为39.5 Å2。因此，对于不同吸附剂或同种吸附剂的不同条件，吸附取向不同，投影面积也不同，测得的A也不同。所以实验时要严格控制实验条件的一致。通常用已知比表面积的样品，实验测得Γ∞和Γ，用上式反求A。

三、仪器和试剂

水浴振荡器亚甲蓝硅胶蒸馏水

四、实验操作

1.配制0.05mg/ml亚甲蓝标准液的配制

水为溶剂。

2.硅胶比表面积的测定

精密量0.05mg/ml亚甲蓝标准液15ml加入50ml具塞三角瓶中，共三份，然后准确称未知硅胶15mg加入，盖塞，在振荡器上振荡2小时，静置后取滤液稀释4倍，加水稀释至刻度。以蒸馏水为空白分别测定溶液的吸收度，按标准曲线计算溶液浓度。

3.亚甲蓝吸附投影面积的测定

除样品用已知比表面积的微粉硅胶，其余操作和步骤2一致。将已知比表面积S和测得的Γ和Γ∞代入式S=Γ∞N A A/ΓM，求得A值。

4.亚甲蓝标准曲线的绘制

用水稀释得到分别浓度为2.5μg/ml，5μg/ml，7.5μg/ml，10μg/ml，12.5μg/ml，

15μg/ml的溶液，以蒸馏水为空白分别测定溶液吸收度，以吸收度值对溶液浓度（μg/ml）进行直线拟合，得拟合直线方程。

五、实验数据及处理

1.亚甲蓝标准曲线的绘制：

以吸收度值均值对溶液浓度进行直线拟合，如下图所示。

2.用已知比表面积的微粉硅胶进行A值的计算。

原始数据：

Γ∞值，将已知比表面积S和测得Γ和Γ∞代入式S=Γ∞N A A/ΓM求得A值，其中S已知为250m2

3.

计算所测硅胶的比表面积为252.2 m

六、思考与讨论

1.公式5-1的前提条件是什么？

本实验所用Langmuir吸附公式的前提是吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个分子；吸附质被固体物质吸附后为单层吸附；且吸附达到饱和时，吸附质分子铺满整个吸附剂表面而不留下空位；吸附与脱附处于动态平衡，达到吸附平衡时，吸附速度等于脱附速度；分子在固体表面的凝结速度正比于该组分的分压；吸附质分子之间无相互作用。

2.振荡后吸取上清液为何不能吸上硅胶？

实验中计算吸附饱和时吸附质的质量是通过测定溶液中未被吸附的量与总量的差值计算得到的，若是吸上硅胶，由于硅胶上吸附有亚甲蓝，会使测定的未吸附的吸附质浓度偏大，使结果不准确。

3.比表面积的测定与温度、吸附质的浓度、吸取平衡的时间有什么关系？

对于同一吸附质，在不同条件下，吸附取向不同，会影响到吸附投影面积的计算，而影响S值的计算。当温度发生改变时，可能会使吸附取向发生改变，而加入的吸附质浓度过低，或测量时还未达到吸附平衡，都会影响所得实验结果的准确性。

4.亚甲蓝吸附投影面积A对测定比表面积有何影响？如何测定？

假设吸附质是单层无空隙吸附在固体表面，可以利用单个分子的吸附投影面积与所吸附分子个数计算出比表面积，它的大小直接将从微观上反应亚甲蓝的比表面积的大小。不同测定条件下A值可能完全不同，因此一般利用已知比表面积S的吸附质反求不同条件下A值。