实验七 溶液吸附法测定固体比表面积

实验七溶液吸附法测定固体比表面积

一、实验目的

1．用次甲基蓝水溶液吸附法测定颗粒活性碳的比表面。

2．了解Langmuir单分子层吸附理论及溶液法测定比表面的基本原理。

3．了解722型光电分光光度计的基本原理并熟悉其使用方法。

二、实验原理

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（I0／I）＝KCL

式中A为吸光度，I0为入射光强度，I为透射光强度，K为消光系数，c为溶液浓度，L为液层厚度。

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λ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。

次甲基蓝在可见区有两个吸收峰，445nm和Array 665nm；但在445nm处，活性碳吸附对吸收峰有很

大的干扰，故本实验选用的工作波长为665nm。

水溶液染料的吸附已用于固体比表面的测

定，在所有染料中次甲基蓝具有最大的吸附倾向。

研究表明，在一定的浓度范围之内，大多数固体对

次甲基蓝的吸附是单分子吸附，即符合朗格缪尔型

（图7—1）。但当原始溶液的浓度过高时，会出现

多分子层吸附，而如果平衡后的浓度过低，吸附又

不能达到饱和，因此原始溶液的浓度以及吸附平衡

后的浓度都应选择在适当的范围之内，本实验原始溶液的浓度为0.2％左右，平衡溶液浓度

不小于0.1％。

次甲基蓝具有以下矩形平面结构：

阳离子大小为17.0×7.6×3.25×10－30m２。次甲基蓝的吸附有三种取向：平面吸附投影面积为135×10－20m2；侧面吸附投影面积为75×10－20m2；端基吸附投影面积为39×10－20m2；；对于非石墨型的活性碳，次甲基蓝是以端基吸附取向。根据实验结果推算，在单层吸附的情况下，1毫克次甲基蓝复盖的面积可按2.45米2计算。

测定固体比表面的方法很多，常用的有BET低温吸附法、电子显微镜法、气相色谱法等，这些方法都需要复杂的装置，或较长的实验时间，而溶液法测比表面仪器简单，操作方便，还可同时测定许多样品，因此也常被采用，但溶液法的测定结果有一定的相对误差，其主要原因在于，吸附时非球形吸附质在各种吸附剂表面的取向并不都一致，因此，每个吸附质分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测的数值应以其它方法校正之，然而溶液法常可用来测定大量同类样品的表面积的相对值。溶液法的测定误差一般为10％左右。

此外，也可用苯酚或硬脂酸作为吸附质来测比表面。

三、仪器与试剂

72型光电分光光度计及其附件一套；配有磨口玻璃塞的100ml的三角烧瓶2只；100ml 三角烧杯2只，离心管两支；

康氏振荡器1台，次甲基蓝溶液：0.2％左右原始溶液；浓度约0.01％标准溶液；

容量瓶100ml 3只，1000ml 3只；颗粒状非石墨型活性碳。

四、实验步骤

一、活化活性炭样品：（已做好！直接从干燥器内取用，及时盖上盖子）

二、取两只带塞磨口锥形瓶，分别加入称量0.1g活性炭(准确至±0.0002克,分别记下准确质量），按下表加入次甲基蓝和去离子水，振荡一小时。

吸附样品编号 1 2

0.2%次甲基蓝体积mL 25 25

去离子水 mL 25 25

三、配制次甲基蓝标准溶液在100mL容量瓶中

准确称取1g，2g，3g，4g，5g（(准确至±0.0001克,分别记下准确质量）0.01%的标准次甲基蓝溶液，定容，配制1，2，3，4，5号标准溶液标准溶液。

四、选择工作波长：对于次甲基蓝溶液，一般吸附波长应选择655nm，由于各台分光光度计波长略有差别。用3号标准溶液在640nm～680nm范围每5nm测量吸光度（640、645、650、655、660、665、670、675、680），以吸光度最大时的波长作为工作波长，实验报告中作吸收曲线。

五、测量标准溶液的吸光度：以蒸馏水为空白。测量时每个样品须二次读数，取平均值，实验报告中作工作曲线。

六、原始溶液的稀释：用移液管准确移取原始溶液（0.2%）1 mL，放入500 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。

七、测定稀释后的原始溶液（六）的吸光度，测量时须二次读数，取平均值

八、带塞磨口锥形瓶振荡一小时后，吸附后平衡液放入离心管中离心5分钟，用移液管准确移取离心液2 mL，放入500 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。

九、测定稀释后的平衡溶液（八）的吸光度，测量时须二次读数，取平均值

五、数据记录与处理

（一）数据记录

1、活性炭样品质量

1# W1= g 2# W1= g

选择工作波长

波长（nm） 640 645 650 655 660 665 670 675 680 吸光度

2、工作曲线测定

次甲基蓝标准溶液 吸光度

1号溶液 1

2 平均 2号溶液 3号溶液 4号溶液 5号溶液

3、稀释后原始溶液和稀释后平衡溶液的吸光度

溶液

吸光度

稀释后原始溶液 1 2 平均 稀释后平衡溶液 1# 稀释后平衡溶液2#

（二） 数据处理 1、绘制吸收曲线 2．绘制工作曲线

以五个次甲基蓝标准溶液之浓度对吸光度作A －c 图，得一直线即工作曲线。

3．求次甲基原始溶液浓度c0和平衡溶液浓度c

将实验测得的原始溶液稀释液的吸光度从工作曲线上查得对应浓度再乘上稀释倍数500，即为c0。

将实验测得的平衡溶液稀释液的吸光度从工作曲线上查得对应浓度再乘上稀释倍数500，即为c 4．计算比表面积

将实验测定数据代入下式：

45.2)(0××−=

W

G

c c A

式中A 为比表面积（m2／g ），c0为原始溶液浓度（％），c 为平衡溶液浓度（％），G 为溶液加入量（mg ），W 为样品重量（g ），2.45是1mg 次甲基蓝可覆盖活性炭样品的面积（m 2）（对活性炭而言）。

六、思考题 1．为什么次甲基蓝原始溶液浓度要选择在0.2％左右，吸附平衡后的次甲基蓝溶液浓度要在

0.1％左右？若吸附后浓度太低在实验操作方面应如何改动？

2．用分光光度计测次甲基蓝溶液吸光度时，为什么还要将溶液浓度稀释到ppm 级浓度才进行测量？