溶液吸附法测固体比表面积

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1、实验五溶液吸附法测固体比表面积一、实验目的:1.了解溶液吸附法测定固体比表面的优缺点。2.掌握溶液吸附法测定固体比表面积的基本原理和测定方法。3.用亚甲基蓝水溶液吸附法测定活性碳、硅藻土、碱性层析氧化铝比表面积。二、实验原理：①Langmuir吸附定律：在一定温度下以及一定的浓度范围内，大多数固体对次甲基蓝的吸附是单分子层吸附，与固体对气体的吸附很相似，可用Langmuir单分子层吸附模型来处理。Langmuir吸附理论的基本假定是：a)固体表面是均匀的；b)吸附是单分子层吸附；c)被吸附在固体表面上的分子相互

2、之间无作用力；d)吸附剂一旦被吸附质覆盖就不能被再吸附；e)吸附平衡时，吸附和脱附建立动态平衡；f)吸附平衡前，吸附速率与空白表面成正比，解吸速率与覆盖度成正比。根据以上假定，推导出吸附方程：设固体表面的吸附位总数为N，覆盖度为θ，溶液中吸附质的浓度为c，根据上述假定，有吸附速率:r吸=k1N(1-q)c(k1为吸附速率常数)脱附速率:r脱=k-1Nq(k-1为脱附速率常数)当达到吸附平衡时:r吸=r脱即k1N(1-q)c=k-1Nq由此可得:(1)式中K吸=k1/k-1称为吸附平衡常数，其值决定于吸附剂和吸附

3、质的性质及温度，K吸值越大，固体对吸附质吸附能力越强。若以q表示浓度c时的平衡吸附量，以q¥表示全部吸附位被占据时单分子层吸附量，即饱和吸附量，则:q=q/q¥代入式(1)得q（2）式中：K为吸附作用的平衡常数，也称为吸附系数，与吸附质、吸附剂性质及温度有关，其值越大，则表示吸附能力越强；q为平衡吸附量，1g吸附剂达吸附平衡时，吸附的溶质的物质的量（mg/g）；q∞为饱和吸附量，1g吸附剂的表面上盖满一层吸附质分子时所能吸附的最大量（mg/g）；c为达到吸附平衡时，溶质在溶液本体中的平衡浓度。①吸附剂对亚甲基蓝

4、的吸附溶液吸附法的吸附质一般用亚甲基蓝、苯酚、硬脂酸等，水溶性吸附质广泛应用于测定固体比表面积，由于在所有染料中亚甲基蓝具有最大的吸附倾向，故本实验选用亚甲基蓝作为吸附质，以活性碳、硅藻土、碱性层析氧化铝作为固体吸附剂。亚甲基蓝(MethyleneBluetrihydrate)具有以下矩形平面结构：摩尔质量为319.85g/mol，阳离子大小为17.0×7.6×3.25Å3。亚甲基蓝的吸附有三种取向：平面吸附投影面积为135Å2，侧面吸附投影面积为75Å2，端基吸附投影面积为39.5Å2。对于非石墨型的活性碳及

5、硅藻土，亚甲基蓝可能不是平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亚甲基蓝的覆盖面积可按2.45m2计算。而对Al2O3则可能是侧面吸附。本实验将定量的三种固体吸附剂与一定量的亚甲基蓝溶液相混合，在常温下振荡，使其达到吸附平衡。用分光光度计测量吸附前后亚甲基蓝溶液的浓度。从浓度的变化求出每克活性碳吸附亚甲基蓝的吸附量q。q=(3)式中：q为吸附量（mg/g），c0为亚甲基蓝原始浓度（ppm），c为亚甲基蓝平衡浓度(ppm)，w为固体样品重（g）。求出三种固体吸附剂对亚甲基蓝的饱和吸收量后

6、，就可以由下式求出各种固体比表面积。S=qa（4）式中：q为吸附量（mg/g）,a为1mg亚甲基蓝覆盖固体的面积，对活性碳和硅藻土为2.45m2。③Lambert-Beer定律：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(5)式中，A为吸光度，I0为入射光强度，I为透过光强度，e为摩尔吸光系数，b为光径长度或液层厚度，c为溶液浓度。由于同一种溶液在不同波长处测得吸光度不同，为提高测量灵敏度，将吸光度A对波长作图得溶液吸附曲线，工作波长就选取在吸光度A最

7、大处。亚甲基蓝溶液在可见区有2个吸收峰：445nm和665nm。但在445nm处活性碳吸附对吸收峰有很大的干扰，故本试验选用的工作波长为665nm，并用分光光度计进行实际测量。可见分光光度计的结构一般由五部分组成：三、仪器和试剂：1）、仪器：722型光电分光光度计及其附件1台（如下图Fig#1）；康氏振荡器1台（如下图Fig#2）；分析天平一台；烘箱一台；容量瓶：1000ml1只，100mL5只，50mL1只；移液管：5ml1支，10ml1支；具塞锥形瓶：100mL3个；长颈玻璃漏斗3只；烧杯：50ml4个；洗

8、瓶一个；洗耳球一只；滴管若干。2）、试剂：亚甲基蓝(100ppm标准溶液)；粉末状非石墨型活性碳；硅藻土；碱性Al2O3。四.实验装置图：Fig#1722型光电分光光度计Fig#2康氏振荡器四、实验步骤:样品活化步骤略去。1、吸附量的测定准确配制100ppm亚甲基蓝1000ml。取100ml具塞锥形瓶3只，洗涤烘干。分别准确称取活性碳0.01g；硅藻土0.1g；碱性Al2O30.3g，