溶液吸附法测定比表面积

(2)作工作曲线。将5×10-6、8×10-6、11×10-6三种浓度的标准溶液的 吸光度对溶液浓度作图，即得一工作曲线。 (3) 求次甲基蓝原始溶液浓度C0及平衡后溶液浓度C 可由实验测得的次甲基蓝原始溶液和吸附达平衡后溶液的吸光度， 从工作曲线上查得对应的溶液浓度C0和C。 (4) 根据公式9-1计算活性炭的比表面。 6 注意事项 (1) 测定溶液吸光度时，须用滤纸轻轻擦干比色皿外部，以保持比 色皿暗箱内干燥。 (2) 测定原始溶液和平衡溶液的吸光度时，应把稀释后的溶液摇匀 再测。 (3) 活性炭颗粒要均匀，且三份称重应尽量接近。 7 思考题 (1)为什么次甲基蓝原始溶液浓度要选在0.2%左右，吸附后的次甲 基蓝溶液浓度要在0.1%左右?若吸附后溶液浓度太低，在实验操作方面 应如何改动? (2)用分光光度计测定次甲基蓝溶液浓度时，为什么要将溶液稀释 到1／1000000浓度才进行测量? (3)如何才能加快吸附平衡的速度? (4)吸附作用与哪些因素有关?
实验二十六
Байду номын сангаас
溶液吸附法测定比表面积
1 目的要求 (1) 用溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面。 (2)了解溶液吸附法测定比表面的基本原理。 (3)了解721型分光光度计的基本原理并熟悉使用方法。 2 基本原理 (1) 比表面是指单位质量(或单位体积)的物质所具有的表面积，其 数值与分散粒子大小有关。测定固体物质比表面的方法很多，常用的有 BET低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要 复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器 简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液 吸附法测定结果有一定误差。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在 各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很 远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸 附法常用来测定大量同类样品的相对值。溶液吸附法测定结果误差一般 为10%左右。 (2) 水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所 有染料中，次 甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，次甲基蓝吸 附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时， 会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不 能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选 在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为0.2%左右，平衡溶液浓度不小 于0.1%。 (3) 根据朗格缪尔单分子层吸附理论，当次甲基蓝与活性炭达到吸 附饱和后，吸附与脱附处于动态平衡，这时次甲基蓝分子铺满整个活性 粒子表面而不留下空位。此时吸附剂活性炭的比表面可按式(1)计算:
4 实验步骤 (关于721型分光光度计的使用方法，参阅本书Ⅲ物理化学实验规范) (1)活化样品：将颗粒活性炭置于瓷坩锅中，放入马弗炉内，500℃ 下活化1h(或在真空烘箱中300℃下活化1h)，然后放入干燥器中备用。 (2)取两只带塞磨口锥形瓶，分别加入准确称量过的约0.2g的活性 炭(两份尽量平行)，再分别加入50g(50mL)0.2%的次甲基蓝溶液，盖上 磨口塞，轻轻摇动，其中一份放置1h，即为配制好的平衡溶液，另一份 放置一夜，认为吸附达到平衡，比较两个测定结果 。 (3)配制次甲基蓝标准溶液：用移液管分别量取5mL、8mL、 11mL 0.01%标准次甲基蓝溶液置于1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至 1000mL，即得到5×10-6、8×10-6、11×10-6三种浓度的标准溶液。 (4)平衡溶液处理：取吸附后平衡溶液约5mL，放入1000mL容量瓶 中，用蒸馏水稀释至刻度。 (5)选择工作波长：对于次甲基蓝溶液，吸附波长应选择655nm，由 于各台分光光度计波长略有差别，所以，实验者应自行选取工作波长。 用5×10-6标准溶液在600nm～700nm范围测量吸光度，以吸光度最大时 的波长作为工作波长。 (6)测量溶液吸光度：以蒸馏水为空白溶液，分别测量5×10-6、 8×10-6、11×10-6三种浓度的标准溶液以及稀释前的原始溶液和稀释后的 平衡溶液的吸光度。每个样品须测得三个有效数据，然后取平均值。 5 数据记录 (1) 按表所示记录数据 次甲基蓝溶液 5×10-6标准溶液 8×10-6标准溶液 11×10-6标准溶液 次甲基蓝原始溶液 达到吸附平衡后次甲基 蓝溶液 吸光度A 1 2 3 平均
图4.2 溶液吸收曲线
为了提高测量的灵敏度，工作波长应选择在吸光度A值最大时所对 应的波长。对于次甲基蓝，本实验所用的工作波长为665nm。 实验首先测定一系列已知浓度的次甲基蓝溶液的吸光度，绘出A— C工作曲线，然后测定次甲基蓝原始溶液及平衡溶液的吸光度，再在A —C曲线上查得对应的浓度值，代入(1)式计算比表面。 3 仪器试剂 721型分光光度计及其附件 1套 1000mL容量瓶 2个 250mL带塞磨口锥形瓶 2个 50mL移液管、5mL移液管、5mL刻度移液管 各1个 次甲基蓝溶液：0.2%原始溶液，0.01%标准溶液 颗粒活性炭(非石墨型)若干
图 4.1 次甲基蓝分子的平面结构
(5) 本实验溶液浓度的测量是借助于分光光度计来完成的。根据光 吸收定律，当入射光为一定波长的单色光时，某溶液的光密度与溶液中 有色物质的浓度及溶液的厚度成正比，即 A=LogI0/I=KCL 其中： A ——吸光度； I ——透射光强度； I0 ——入射光强度； K ——吸收系数； C ——溶液浓度； L ——溶液的光径长度。 一般说来，光的吸收定律能适用于任何波长的单色光，但对于一个 指定的溶液，在不同的波长下测得的吸光度不同。如果把波长λ对吸光 度A作图，可得到溶液的吸收曲线，如图(4.2)所示。
(1) 式中，S0为比表面(m2·kg-1); C0为原始溶液的质量分数; C为平衡溶液的 质量分数; G为溶液的加入量(kg); W为吸附剂试样质量(kg); 2.45×106是
1kg次甲基蓝可覆盖活性炭样品的面积(m2·kg-1)。 (4)次甲基蓝分子的平面结构如图4.1所示。阳离子大小为1.70×1010m×76×10-10m×325×10-10m。次甲基蓝的吸附有三种趋向：平面吸附， 投影面积为1.35×10-18m2；侧面吸附，投影面积为7.5×10-19m2；端基吸 附，投影面积为39.5×10-19m2。对于非石墨型的活性炭，次甲基蓝可能 不是平面吸附，也不是侧面吸附，而是端基吸附根据实验结果推算，在 单层吸附的情况下，1mg次甲基蓝覆盖的面积可按2.45m2计算。