固體比表面積的測定

固體比表面積的測定一一溶液吸附法一、目的要求學(xué)會用次甲基藍(lán)水溶液吸附法測定活性炭的比表面積。了解郎繆爾單分子層吸附理論及溶液法測定比表面積的基本原理。二、基本原理溶液的吸附可用于測定固體比表面積。次甲基藍(lán)是易于被固體吸附的水溶性染料，研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，大多數(shù)固體對次甲基藍(lán)的吸附是單分子層吸附，符合郎繆爾吸附理論。郎繆爾吸附理論的基本假設(shè)是：固體表面是均勻的，吸附是單分子層吸附，吸附劑一旦被吸附質(zhì)覆蓋就不能被再吸附；在吸附平衡時候，吸附和脫附建立動態(tài)平衡；吸附平衡前，吸附速率與空白表面成正比，解吸速率與覆蓋度成正比。設(shè)固體表面的吸附位總數(shù)為M覆蓋度為仇溶液中吸附質(zhì)的濃度為c，根據(jù)上述假定，吸附速率：吸附速率：r吸=k]N(1-9)c脫附速率：r脫=kN當(dāng)達(dá)到吸附平衡時：r吸=r脫(也為吸附速率常數(shù))(匕為脫附速率常數(shù))即kN(1-0)c=kNQ1 -1由此可得:e由此可得:e=—吸—1+Kc(2-25-1)式中K吸=k1/k1稱為吸附平衡常數(shù)，其值決定于吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)及溫度，K吸值越大，固體對吸附質(zhì)吸附能力越強(qiáng)。若以尸表示濃度C時的平衡吸附量，以r表示全部吸附位被占據(jù)時單分子層吸附量，即飽和吸附量，則:6=r/r帶入式(帶入式(2-25-1)得 r=r-K^c(2-25-2)整理式(2-25-2)得到如下形式(2-25-3)—= +――c(2-25-3)rrkr作c/r?c圖，從直線斜率可求得「，再結(jié)合截距便可得到k.。r指每克吸附劑對吸附3 吸3質(zhì)的飽和吸附量(用物質(zhì)的量表示)，若每個吸附質(zhì)分子在吸附劑上所占據(jù)的面積為樓，則吸附劑的比表面積可以按照下式計(jì)算S=rLa (2-25-4)3A式中S為吸附劑比表面積，L為阿伏加德羅常數(shù)。次甲基藍(lán)的結(jié)構(gòu)為：陽離子大小為17.0x7.6x3.25x10-3。m3次甲基藍(lán)的吸附有三種取向：平面吸附投影面積為135x10-20m2，側(cè)面吸附投影面積為75x10-20m2，端基吸附投影面積為39x10-20m2。對于非石墨型的活性炭，次甲基藍(lán)是以端基吸附取向，吸附在活性炭表面，因此aa=39x10-20m2。根據(jù)光吸收定律，當(dāng)入射光為一定波長的單色光時，某溶液的吸光度與溶液中有色物質(zhì)的濃度及溶液層的厚度成正比A=~lg(I/IA=~lg(I/Io)=sbc式中，A為吸光度，"為入射光強(qiáng)度，/為透過光強(qiáng)度，8為吸光系數(shù)，小為光徑長度或液層厚度，c為溶液濃度。次甲基藍(lán)溶液在可見區(qū)有2個吸收峰：445nm和665nm0但在445nm處活性炭吸附對吸收峰有很大的干擾，故本試驗(yàn)選用的工作波長為665nm，并用分光光度計(jì)進(jìn)行測量。儀器與試劑分光光度計(jì)及其附件1套容量瓶(500mL)6只HY振蕩器1臺2號砂芯漏斗5只容量瓶(50mL)5只帶塞錐心瓶5只容量瓶(100mL)5只滴管2支次甲基監(jiān)溶液(0.2%左右原始溶液)次甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)液(0.3126x10-3moLL-1)顆粒狀非石墨型活性炭實(shí)驗(yàn)步驟樣品活化顆?；钚蕴恐糜诖邵釄逯蟹湃?00C馬福爐活化1h,然后置于干燥器中備用。(此步驟實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室做好)溶液吸附取5只干燥的帶塞錐型瓶，編號，分別準(zhǔn)確稱取活化過的活性炭約0.1g置于瓶中，按下列表格配制不同濃度的次甲基藍(lán)溶液50mL，塞好，放在振蕩器上震蕩3h。樣品振蕩達(dá)到平衡后，將錐形瓶取下，用砂芯漏斗過濾，得到吸附平衡后濾液。分別量取濾液5mL于500mL容量瓶中，用蒸餾水定容搖勻待用。此為平衡稀釋液。表2-25-1吸邛付試樣配制比例瓶編號12345V(0.2%次甲基藍(lán)溶液)/mL302015105V(蒸餾水)/mL20303540453.原始溶液處理為了準(zhǔn)確測量約0.2%次甲基藍(lán)原始溶液的濃度，量取2.5mL溶液放入500mL容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度，待用。此為原始溶液稀釋液。次甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制分別量取2、4、6、9、11mL濃度為0.3126x10-3moLL-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，蒸餾水定容搖勻，依次編號B2#、B3#、B4#、B5#、B6#待用。取B2#標(biāo)液5mL于50mL容量瓶中定容，得B1#標(biāo)液。B1#、B2#、B3#、B4#、B5#、B6#等六個標(biāo)液的濃度依次為0.002、0.02、0.04、0.06、0.09、0.11x(0.3126x10-3mol?L-i)。選擇工作波長對于次甲基藍(lán)溶液，工作波長為665nm。由于各分光光度計(jì)波長刻度略有誤差，取濃度為0.04x(0.3126x10-3mol?L-i)的標(biāo)準(zhǔn)溶液(即B3#)，在600?700nm范圍內(nèi)測量吸光度，以吸光度最大的波長為工作波長。測量吸光度選擇透光率源高的比色皿用作參比。因?yàn)榇渭谆哂形叫裕瑧?yīng)按照從稀到濃的順序測定。因本實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍太寬，所以工作曲線作兩條:一是以B1#為參比，依次測量B1#、B2#、B3#標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率7%；二是以B3#標(biāo)準(zhǔn)溶液為參比，測量B3#、B4#、B5#、B6#標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率7%。用洗液洗滌比色皿，用自來水沖洗，再用蒸餾水清洗2?3次，以B1#為參比，測量5#、4#、3#吸附平衡溶液的稀釋液的透光率7%；以B3#標(biāo)準(zhǔn)溶液為參比，測量2#、1#吸附平衡液稀釋及原始溶液稀釋液的透光率7%。數(shù)據(jù)處理作次甲基藍(lán)溶液吸光度對濃度的工作曲線工作曲線作兩條：一是以B1#為參比，測定的B1#、B2#、B3#標(biāo)液的吸光度4對濃度*乍圖；二是以B3#標(biāo)溶為參比，測定的B3#、B4#、B5#、B6#標(biāo)液的吸光度4對濃度c作圖。所得兩條直線即為工作曲線。求次甲基藍(lán)原始溶液濃度和各個平衡溶液濃度據(jù)稀釋后原始溶液的吸光度，從工作曲線上查得對應(yīng)的濃度，乘上稀釋倍數(shù)200,即為原始溶液的濃度％。將試驗(yàn)測定的各個稀釋后的平衡溶液吸光度，從工作曲線上查得對應(yīng)的濃度，乘上稀釋倍數(shù)200，即為平衡溶液的濃度c.o計(jì)算吸附溶液的初始濃度按照試驗(yàn)步驟2的溶液配制方法，計(jì)算各吸附溶液的初始濃度C0,.計(jì)算吸附量由平衡濃度勺及初始濃度％,.數(shù)據(jù)，按(2-25-6)式計(jì)算吸附量二r=(c0,i-ci)V (2-25-6)式中V(L)為吸附溶液的總體積，m(g)為加入溶液的吸附劑質(zhì)量。做郎繆爾吸附等溫線以尸為縱坐標(biāo)，c為橫坐標(biāo)，作。?c吸附等溫線。求飽和吸附量由尸和。數(shù)據(jù)計(jì)算c/T值，然后作祈尸?c圖，由圖求得飽和吸附量尸。將r值用虛線作一水平線在廠一c圖上。這一虛線即是吸附量廠的漸近線。 *°°7.計(jì)算試樣的比表面積將尸8值帶入式(2-25-4)，可算