溶液吸附法测定固体比表面积

中级化学实验报告实验名称：溶液吸附法测定固体比表面积一、实验目的1．用亚甲基蓝水溶液吸附法测定活性炭、硅藻土、碱性层析氧化铝的比表面积。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．了解溶液吸附法测定固体比表面积的优缺点。二、实验原理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。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kcbcIIA0lg(5)式中，A为吸光度，I0为入射光强度，I为透过光强度，为吸光系数，b为光径长度或液层厚度，c为溶液浓度。亚甲基蓝溶液在可见区有2个吸收峰：445nm和665nm。但在445nm处活性炭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测量。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，亚甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，亚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100ppm左右，平衡溶液浓度不小于10ppm。亚甲基蓝具有以下矩形平面结构：SHHNNCH3CH3H3CCH3Cl-亚甲基蓝分子的平面结构如图所示。阳离子大小为1.70×10-10m×76×10-10m×325×10-10m。亚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，亚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亚甲基蓝覆盖的面积可按2.45m2计算。而对Al2O3则可能是侧面吸附。求出各种固体对亚甲基蓝的饱和吸附量后，即可求出各种固体的比表面积。三、实验步骤1．样品活化为了消除样品中可能吸附的物质对实验的影响，进行吸附实验前，应先将样品活化。将适量颗粒活性炭、硅藻土、碱性层析氧化铝；分别置于50ml瓷坩埚中，放入马弗炉内，设置程序控温器以5℃/min的升温速率，升温至350℃下活化30min，然后放入保干器中备用。2．吸附量的测定准确配制100ppm亚甲基蓝溶液1000ml（0.0253g亚甲基蓝溶于250ml水）。取100ml锥形瓶3只，洗涤烘干。分别准确称取活性炭0.0114g、硅藻土0.1009g、碱性Al2O30.3007g，各置于一个锥形瓶中，编上号。再分别加入50ml100ppm亚甲基蓝溶液，加塞后在振荡器上振荡4h。3．配置亚甲基蓝标准溶液用100ppm亚甲基蓝溶液配制1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm亚甲基蓝标准溶液各100ml。4．选择工作波长用3ppm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。662nm5．制作亚甲基蓝工作曲线以蒸馏水为空白。用1cm比色皿分别测定1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm亚甲基蓝标准溶液的吸光度。并作吸光度A—亚甲基蓝浓度c工作曲线，备用。6．测定亚甲基蓝平衡浓度样品振荡4h后，取下锥形瓶，用滤纸过滤，去滤液5ml，然后收集滤液，根据颜色深浅，稀释不同倍数，使吸光度值在工作曲线的范围内。测定各种滤液的吸光度，并在工作曲线上求出相应浓度，乘上稀释倍数，求出各种滤液的平衡浓度。四、数据处理c亚甲基蓝=25.3mg/0.25L=101.2ppm吸光度A—亚甲基蓝浓度c表c亚甲基蓝（ppm）吸光度A第一次第二次平均1.0120.2120.2120.2123.0360.60.5960.5985.060.9350.930.93258.0961.4281.4211.424510.121.7331.7361.7345吸光度A—亚甲基蓝浓度c工作曲线1．求各种固体的饱和吸附量y=0.5005x2+5.0293x-0.097102468101200.511.52A~cq=（𝑐0−𝑐）×50𝑤×1000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）。固体样品数据表吸光度A工作曲线上求出相应浓度c`（pm）稀释倍数对应亚甲基蓝平衡浓度c（ppm）固体样品重w（g）活性炭1.37737.77921077.7920.0114硅藻土1.43738.16551081.6550.1009碱性Al2O31.2176.76481067.6480.3007q活性炭=（𝑐0−𝑐）×50𝑤×1000=（100𝑝𝑝𝑚−77.792𝑝𝑝𝑚）×50𝑚𝑙0.0114𝑔×1000=97.40mg/gq硅藻土=（𝑐0−𝑐）×50𝑤×1000=（100𝑝𝑝𝑚−81.655𝑝𝑝𝑚）×50𝑚𝑙0.1009𝑔×1000=9.09mg/gq碱性Al2O3=（𝑐0−𝑐）×50𝑤×1000=（100𝑝𝑝𝑚−67.648𝑝𝑝𝑚）×50𝑚𝑙0.3007𝑔×1000=5.38mg/g2．计算固体比表面积计算公式为S=qa式中：q为吸附量（mg/g），a为1mg亚甲基蓝覆盖固体的面积，对活性炭和硅藻土为2.45cm2，对碱性Al2O3自己计算。对于非石墨型的活性炭和硅藻土，亚甲基蓝可能不是平面吸附而是端基吸附。而碱性Al2O3可能是侧面吸附，a碱性Al2O3=2.45m2×7539.5=4.65m2S活性炭=qa=97.40𝑚𝑔𝑔⁄×2.45m2𝑚𝑔⁄=238.63𝑚2𝑔⁄S硅藻土=qa=9.09𝑚𝑔𝑔⁄×2.45m2𝑚𝑔⁄=22.2705𝑚2𝑔⁄S碱性Al2O3=qa=5.38𝑚𝑔𝑔⁄×4.65m2𝑚𝑔⁄=25.017𝑚2𝑔⁄3．列表讨论列表表示活性炭、硅藻土、碱性Al2O3对亚甲基蓝的吸附量，并讨论大小顺序。对亚甲基蓝的吸附量q（mg/g）活性炭97.40硅藻土9.09碱性Al2O35.38大小顺序：活性炭硅藻土碱性Al2O3说明活性炭吸附性最好。五、讨论1．亚甲基蓝浓度过高过低有何缺点，如何调整？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。过高时稀释，过低时再加入亚甲基蓝，调整至合适浓度即可。2．溶液吸附法测比表面积的主要优缺点是哪些？溶液吸附法测比表面积的仪器简单易得，操作方便，还可以同时测定多种样品。但也存在一定误差，主要原因在于，吸附时，非球形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，误差较大。并且颗粒度相差太大，难以保证所取样品的代表性和均匀性。