實(shí)驗(yàn)八十四固體在溶液中的吸附

1、實(shí)驗(yàn)八十四 固體在溶液中的吸附一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1測(cè)定活性炭在醋酸水溶液中對(duì)醋酸的吸附作用,并由此計(jì)算活性炭的比表面; (2驗(yàn)證弗羅因德利希(Freundlich 經(jīng)驗(yàn)公式和蘭格繆爾(Langmuir吸附公式; (3了解固-液界面的分子吸附。 二、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于比表面很大的多孔性或高度分散的吸附劑,象活性炭和硅膠等,在溶液中有較強(qiáng)的吸附能力。由于吸附劑表面結(jié)構(gòu)的不同,對(duì)不同的吸附質(zhì)有著不同的相互作用,因而吸附劑能夠從混合溶液中有選擇地把某一種溶質(zhì)吸附。根據(jù)這種吸附能力的選擇性,在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用,如糖的脫色提純等吸附能力的大小常用吸附量表示之。通常指每克吸附劑吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量,在恒定溫度下,吸

2、附量與溶液中吸附質(zhì)的平衡濃度有關(guān),弗羅因德利希(Freundlich 從吸附量和平衡濃度的關(guān)系曲線,得出經(jīng)驗(yàn)方程:n kc mx1= (1式中:x 為吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量,單位為mol ;m 為吸附劑的質(zhì)量,單位為g ;c 為平衡濃度,單位為mol·L -1;k ,n 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),由溫度、溶劑、吸附質(zhì)及吸附劑的性質(zhì)決定(n 一般在0.1-0.5之間。將(1式取對(duì)數(shù):lg = lgm x =n1lg c +lg k (2 以lg 對(duì)lg c 作圖可得一直線,從直線的斜率和截距可求得n 和k 。(1式純系經(jīng)驗(yàn)方程式,只適用于濃度不太大和不太小的溶液。從表面上看,k 為c =1時(shí)的,但這時(shí)(

3、1式可能已不適用。一般吸附劑和吸附質(zhì)改變時(shí),n 改變不大,而k 值則變化很大。蘭格繆爾(Langmuir根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí),提出固體對(duì)氣體的單分子層吸附理論,認(rèn)為固體表面的吸附作用是單分子層吸附,即吸附劑一旦被吸附質(zhì)占據(jù)之后,就不能再吸附。固體表面是均勻的,各處的吸附能力相同,吸附熱不隨覆蓋程度而變,被吸附在固體表面上的分子,相互之間無(wú)作用力;吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡,并由此導(dǎo)出下列吸附等溫式,在平衡濃度為c 時(shí)的吸附量可用下式表示: ck ck+=1 (3為飽和吸附量,即表面被吸附質(zhì)鋪滿單分子層時(shí)的吸附量。k 是常數(shù),也稱吸附系數(shù)。將(3式重新整理可得:c =k 1+1 c (4 以c 對(duì)c 作圖,

4、得一直線,由這一直線的斜率可求得,再結(jié)合截距可求得常數(shù)k 。這個(gè)k 實(shí)際上帶有吸附和脫附平衡的平衡常數(shù)的性質(zhì),而不同于弗羅因德利希方程式中的k 。根據(jù)的數(shù)值,按照蘭格繆爾單分子層吸附的模型,并假定吸附質(zhì)分子在吸附劑表面上是直立的,每個(gè)醋酸分子所占的面積以0.243nm 2計(jì)算(此數(shù)據(jù)是根據(jù)水-空氣界面上對(duì)于直鏈正脂肪酸測(cè)定的結(jié)果而得。則吸附劑的比表面S 0可按下式計(jì)算得到01002.6=a N S (5式中S 0為比表面,即每克吸附劑具有的總表面積(m 2/g;N 0為阿佛加德羅常數(shù)(6.02×1023分子/摩爾;為每個(gè)吸附分子的橫截面積;1018是因?yàn)?m

5、 2=1018nm 2所引入的換算因子。根據(jù)上述所得的比表面積,往往要比實(shí)際數(shù)值小一些。原因有二:一是忽略了界面上被溶劑占據(jù)的部分;二是吸附劑表面上有小孔,醋酸不能鉆進(jìn)去,故這一方法所得的比表面一般偏小。不過(guò)這一方法測(cè)定時(shí)手續(xù)簡(jiǎn)便,又不要特殊儀器,故是了解固體吸附劑性能的一種簡(jiǎn)便方法。 三、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑1、儀器HY-4型調(diào)速多用振蕩器(江蘇金壇1臺(tái),帶塞錐形瓶(125mL7只,移液管(25mL 、5mL 、10 mL各1支,洗耳球1支,堿式滴定管1支,溫度計(jì)1支,電子天平1臺(tái),稱量瓶1個(gè)。2、實(shí)驗(yàn)試劑NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0910mol·L -1,醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.3958 mo

6、l·L -1,活性炭,酚酞指示劑。 四、實(shí)驗(yàn)步驟(1準(zhǔn)備6個(gè)干的編好號(hào)的125 mL 錐形瓶(帶塞。按記錄表格中所規(guī)定的濃度配制50 mL 醋酸溶液,注意隨時(shí)蓋好瓶塞,以防醋酸揮發(fā)。(2將120下烘干的活性炭(本實(shí)驗(yàn)不宜用骨炭裝在稱量瓶中,瓶里放上小勺,用差減法稱取活性炭各約1g(準(zhǔn)確到0.001g放于錐形瓶中。塞好瓶塞,在振蕩器上振蕩半小時(shí),或在不時(shí)用手搖動(dòng)下放置1小時(shí)。(3使用顆粒活性炭時(shí),可直接從錐形瓶里取樣分析。如果是粉狀性活性炭,則應(yīng)過(guò)濾,棄去最初10mL 濾液。按記錄表規(guī)定的體積取樣,用標(biāo)準(zhǔn)堿溶液滴定。(4活性炭吸附醋酸是可逆吸附。使用過(guò)的活性炭可用蒸餾水浸泡數(shù)次,烘干后

7、回收利用。 五、注意事項(xiàng)(1溫度及氣壓不同,得出的吸附常數(shù)不同(2使用的儀器干燥無(wú)水;注意密閉,防止與空氣接觸影響活性炭對(duì)醋酸的吸附。 (3滴定時(shí)注意觀察終點(diǎn)的到達(dá)。(4在濃的HAc 溶液中,應(yīng)該在操作過(guò)程中防止HAc 的揮發(fā),以免引起較大的誤差。(5本實(shí)驗(yàn)溶液配制用不含CO 2的蒸餾水進(jìn)行。 六、實(shí)驗(yàn)記錄與處理(1將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表84-1。(2由平衡濃度c 及初始濃度c 0,按公式:(m c c 0V -=計(jì)算吸附量,式中V 為溶液總體積,單位為L(zhǎng) ;m 為活性炭的質(zhì)量,單位為g 。(3作吸附量對(duì)平衡濃度c 的等溫線。(4以lg 對(duì)lg c 作圖,從所得直線的斜率和截距可求得(1式中的常數(shù)

8、n 和k 。 (5計(jì)算c ,作c - c 圖,由圖求得,將值用虛線作一水平線在- c 圖上。這一虛線即是吸附量的漸近線。(6由根據(jù)(5式計(jì)算活性炭的比表面。表 84-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)溫度: 大氣壓: (1吸附量對(duì)平衡濃度c 的等溫線0.00010.00020.00030.00040.00050.00060.00070.0008Y A x i s T i t l eX Axis Title(2以lg 對(duì)lgc 作圖(3作c/-c 圖 -3.9-3.8-3.7-3.6-3.5-3.4-3.3-3.2 -3.1Y A x i s T i t l eX Axis Title 100200300400 500Y A x i s T i t l eX Axis Title，有（1）圖 七、思考題 （1）吸附作用與哪些因素有關(guān)？固體吸附劑吸附氣體與從溶液中吸附溶質(zhì)有何不 同？ （2）試比較弗羅因德利希吸附等溫式與蘭繆爾吸附等溫式的優(yōu)缺點(diǎn)？ （3）如何加快吸附平衡的到達(dá)？如何判定平衡已經(jīng)到達(dá)？ （4）討論本實(shí)驗(yàn)中引入誤差的主要因素？ 參考文獻(xiàn) 1