四氯化碳法測定孔型固體比孔容.doc

實(shí)驗(yàn)二 四氯化碳法測定孔性固體比孔容【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解毛細(xì)凝結(jié)理論的基本原理；2. 掌握孔容積測定的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；3. 用四氯化碳凝聚法測定活性碳的比孔容?！净驹怼繉τ跉怏w和蒸汽在多孔物質(zhì)上的吸附，在相對壓力較高時(shí)，會在孔中出現(xiàn)毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。根據(jù)kelvin公式，在一定溫度下發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)的孔半徑與氣體或蒸汽的相對壓力p/p0、凝聚態(tài)吸附質(zhì)的表面張力，凝聚態(tài)吸附質(zhì)與固體表面的接觸角及凝聚態(tài)吸附質(zhì)的摩爾體積有關(guān)：式中：r可被凝聚的最大孔半徑（）； 凝聚液的表面張力（10-5N/cm）; 聚態(tài)吸附質(zhì)的摩爾體積（ml/mol）; 凝聚液與多孔物質(zhì)的接觸角；R氣體常數(shù)；T測定時(shí)的溫度（K）；氣體或蒸汽的相對壓力由上式可知，p/p0越大，可發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)的孔半徑越大。當(dāng)p/p0為0.95時(shí)可使半徑小于40nm的孔發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)。顯然，凝結(jié)在孔中的四氯化碳體積即為小于40nm的孔的總?cè)莘e。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)p/p00.95時(shí)，在吸附劑顆粒之間的空隙也將發(fā)生凝聚，這樣就會使測定的v值偏高而不真實(shí)，所以，通常實(shí)驗(yàn)即確定在p/p0=0.95的條件下進(jìn)行?？紤]到當(dāng)以四氯化碳的p/p0為0.95時(shí)已能填充絕大多數(shù)孔性固體的孔（特別是活性炭，因?yàn)榛钚蕴看蠖鄶?shù)孔為微孔），而當(dāng)p/p0大于0.95時(shí)固體顆粒間可能會發(fā)生四氯化碳的凝結(jié)，故通常選定在p/p0=0.95時(shí)測定比孔容（比孔容指單位質(zhì)量孔性固體所含的總體積。）。當(dāng)吸附劑的孔完全被四氯化碳充滿后，根據(jù)填充的四氯化碳的量WCCl4、四氯化碳在試驗(yàn)溫度時(shí)的密度d及吸附劑總量W即可求出比孔容Vp 式中：樣品和容量瓶共同吸附的CCl4量（g）； 空瓶吸附的CCl4量（g）； W樣樣品的重量（g）; d實(shí)驗(yàn)條件下四氯化碳的密度（g/ml）。為控制四氯化碳的相對壓力p/p0，可使四氯化碳與室溫下蒸汽壓極低的正十六烷構(gòu)成混合體系使用?！緦?shí)驗(yàn)流程與說明】吸附法測定孔容積的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖如下。1234576899圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1真空泵；2旋塞；2緩沖瓶；3水銀壓力計(jì)；4干燥管；5冷阱；6干燥器；7活性炭；8四氯化碳和l正十六烷混合液；10旋塞為了減少空氣及其它氣體的影響，實(shí)驗(yàn)要在真空下進(jìn)行，由于真空度要求不高，采用旋轉(zhuǎn)真空泵即可達(dá)到要求。為了避免四氯化碳蒸汽破壞真空泵油，設(shè)置冰鹽冷阱，即在冷阱中加入冰塊與食鹽，將四氯化碳蒸汽在此冷凝下來。設(shè)置硅膠和活性炭吸附器是為了除去少量的水蒸氣及微量的有機(jī)蒸汽?！緝x器及試劑 】 1. 儀器油泵、天平、真空干燥箱、水銀壓力計(jì)、緩沖瓶、冷阱、杜瓦瓶、干燥箱、稱量瓶2. 試劑四氯化碳、正十六烷、活性炭、冰鹽冷凍劑【實(shí)驗(yàn)步驟】1. 將待測活性炭在200溫度下烘烤4h，冷卻后備用。在三個(gè)稱量瓶中準(zhǔn)確稱入1-2g活性炭樣品。將稱量瓶放入真空干燥器中，打開稱量瓶蓋。2. 配置四氯化碳正十六烷的混合液。取174ml四氯化碳和26.2ml正十六烷混合，混合液的折射率在1.457-1.458之間。此混合液的四氯化碳的相對壓力p/p0約為0.95.3. 在上述溶液中補(bǔ)加10ml四氯化碳，用以補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)時(shí)冷阱中冷凝出的10ml四氯化碳。將混合液放入真空干燥器底部的大培養(yǎng)皿中，并加入幾粒沸石。4. 在冷阱外的杜瓦瓶中放入冰鹽冷卻劑，使溫度約在-5-10之間。5. 用油泵使裝置系統(tǒng)抽真空，待保干器中混合液沸騰，并在冷阱中凝出約10ml冷凝液時(shí)關(guān)閉干燥器頂部的活塞，停止抽氣。室溫下放置4-16h，使活性炭與四氯化碳達(dá)到吸附平衡。記錄室溫。6. 打開干燥器上的活塞，并開啟干燥器，迅速蓋緊稱量瓶蓋子，準(zhǔn)確稱重?！窘Y(jié)果處理】表1 不同溫度時(shí)四氯化碳的密度值T/1012141618202122dt/(gcm-3)1.6131.6091.6051.6021.5981.5941.5921.590T/2324252627282930dt/(gcm-3)1.5881.5861.5851.5831.5811.5791.5771.575根據(jù)活性炭量及四氯化碳凝結(jié)而引起的活性炭增量，依式（3）計(jì)算活性炭的比孔容?！舅伎碱}】1. 要求所用的稱量瓶要嚴(yán)密，稱量動(dòng)作要迅速，為什么？2. 為什么要預(yù)先烘烤樣品，并且不能放置過久？實(shí)驗(yàn)三 黏土水系統(tǒng)的電泳實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 鞏固電泳和電位的基本概念2、 了解粘土粒子的荷電性，觀察粘土膠粒的電泳現(xiàn)象。3、 掌握通過測定電泳速率的方法測定帶電膠粒電位的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】在膠體分散體系中，膠粒的大小約在1100nm之間，由于其本身的電離或選擇性地吸附一定量的離子以及其他原因，致使膠粒表面具有一定量的電荷，膠粒周圍分布著反離子。反離子所帶電荷與膠粒表面電荷符號相反、數(shù)量相等，整個(gè)溶膠體系保持電中性。膠粒周圍的反離子由于靜電引力和熱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成了兩部分緊密層和擴(kuò)散層。圖1 z - 電位和膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖在外電場的作用下，緊密層中的反離子和膠粒作為一個(gè)整體移動(dòng)，而擴(kuò)散層中的反離子則向相反的電極方向移動(dòng)，這種在電場作用下分散相粒子相對于分散介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)稱為電泳。發(fā)生相對移動(dòng)的界面稱為滑動(dòng)面，滑動(dòng)面和液體內(nèi)部的電位差稱為電動(dòng)電位或電位。不同的帶電顆粒在同一電場中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和速度是不同的，運(yùn)動(dòng)速度與本身所帶凈電荷的數(shù)量，顆粒的大小和形狀有關(guān)。一般說，所帶的電荷數(shù)量越多，顆粒越小越接近球形，則在電場中的電泳動(dòng)速度越快。在硅酸鹽工業(yè)中經(jīng)常遇到泥漿或泥料系統(tǒng)，泥漿與泥料均屬于粘土 水系統(tǒng)，是一種多相分散物系，其中粘土為分散相，水為分散介質(zhì)。由于粘土顆粒表面帶有電荷，在適量電解質(zhì)作用下，泥漿具有膠體溶液的穩(wěn)定特性。本實(shí)驗(yàn)是在一定的外加電場強(qiáng)度下通過測定黏土顆粒的電泳速度然后計(jì)算出電位。在電泳儀的兩極間加上電位差E（V）后，在t（s）時(shí)間內(nèi)溶膠界面移動(dòng)的距離為D（m），即膠粒的電泳速度U（ms-1）為：相距為l（m）的兩極間的電位梯度平均值H（Vm-1）為：從實(shí)驗(yàn)求得膠粒電泳速度后，可按照下式求出（V）電位：式中D為介質(zhì)的介電常數(shù)，為介質(zhì)的粘度，300為將伏特表示的電位改成靜電單位的轉(zhuǎn)換系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器與試劑】天平，BDL-B表面電位粒徑儀、pH試紙、燒杯若干、50ml注射器1支；黏土（1100nm）、鹽酸溶液（0.01N）、氫氧化鈉溶液（0.01N）?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（1） 稱取0.2 g粘土試樣放入玻璃燒杯內(nèi)，加入蒸餾水至250 ml，再加入鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至8。（2） 將電泳槽前的活塞旋至水平，使活塞處于打開位置，用50ml注射器向電泳槽毛細(xì)管內(nèi)緩慢輸入待測膠體溶液，然后將活塞旋至豎直，使活塞處于關(guān)閉位置。（3） 將黑色電極夾頭夾在電泳槽左端電極上，紅色電極夾頭夾在右端電極上。（4） 通過電子控制箱面板上的電壓調(diào)節(jié)旋紐，調(diào)節(jié)至所需電壓（電壓一般調(diào)節(jié)至50伏左右）。（5） 溫度調(diào)整，按下93鍵，顯示C后輸入預(yù)定溫度，再按下M鍵。（6） 觀察監(jiān)視器上的膠粒有無水平漂移，無漂移時(shí)，進(jìn)行定距計(jì)時(shí)測定。（7） 通過左右調(diào)節(jié)旋紐，將一個(gè)膠粒對準(zhǔn)某一網(wǎng)格垂直線上，同時(shí)按下面板上“正向”和“左計(jì)”鍵，直至該膠粒移至下一網(wǎng)格垂直線（即水平移動(dòng)一格）。然后用相同方法，按下 “反向”和“右計(jì)”鍵，使該顆粒向相反方向移動(dòng)一格。共選擇10個(gè)膠粒，進(jìn)行20次正反向操作。 圖2 膠粒在投影屏上往返運(yùn)動(dòng)示意圖（8） 操作結(jié)束后，按下M1鍵，打印結(jié)果。（9） 用