醋酸在活性炭上的吸附

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1、第19卷　第2期2004年4月化学实验　　活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附　　实验条件探索夏春兰　王聪玲　楼台芳(武汉大学化学与分子科学学院　武汉430072)　　摘要　通过活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附实验,确定合适的醋酸水溶液浓度范围和振荡时间等实验条件,该实验条件随实验温度变化而不同。用SA3100表面积分析仪测定活性炭的比表面积,并与该方法测定的活性炭比表面积数值进行比较,分析了该实验方法产生误差的原因。　　多孔或高度分散的吸附剂对气体或液体具有较强的吸附能力,吸附剂吸附能力的大小与其比表面积有关。比表面积是评价吸附剂、催化剂性能的重要数据;测定比表面积是大学

2、物理化学实验中的一个重要实验。由于吸附剂表面结构的不同,对不同吸附质的相互作用也不同,因而吸附剂对吸附质的吸附具有选择性,例如活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附。　　本实验在一定温度下,通过控制不同的醋酸水溶液浓度和振荡时间,测定活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附量,确定合适的醋酸水溶液浓度范围和振荡时间等实验条件,发现该实验条件随实验温度变化而有所不同;用美国BECKMANCOULTER公司的SA3100SurfaceAreaAnalyzer(表面积分析仪)测定活性炭的比表面积,与该方法测定的活性炭比表面积数值进行比较,分析该实验方法产生误差的原因。1　实验条件选择　　实

3、验方法见北京大学《物理化学实验》中固体在溶液中的吸附实验[1]。实验体系为活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附,活性炭为分析纯,20目。实验前将活性炭在100℃以上烘干,抽真空24h。数据处理采用Origin软件,拟合直线的相关系数大于0.99。1.1　醋酸水溶液浓度范围的选择　　实验温度24.0℃,振荡时间1.0h。整个实验中振荡速度相同,以活性炭能翻起为准。实验结果见表1。表1　活性炭在不同浓度醋酸水溶液中对醋酸的吸附实验数据(实验温度24.0℃)c0mol·L-1cmol·L-1mgГmol·g-1c0mol·L-1cmol·L-1mgГmol·g-10.02340.

4、01271.00325.33×10-40.35170.30961.00870.002090.04690.03211.00727.35×10-40.46890.41341.00130.002770.09380.06761.00110.001310.58620.52011.00770.003280.14070.10871.00060.001600.70340.63641.00160.003340.23450.19271.00420.002080.93780.85941.00200.0039104大学化学　　表1中c0为醋酸溶液的初始浓度,c为吸附后醋酸溶液的平衡浓度,m为活

5、性炭的质量,Г为吸附量。Г=(c0-c)V/m,V=0.05L。吸附等温线见图1。　　由图1可知,浓度较低时吸附量随浓度的增加上升较快,随着浓度的增加,吸附量上升减缓,吸附逐渐趋于饱和。　　当溶液浓度较低时,吸附为单分子层吸附,可用Langmuir公式分析。　　Langmuir吸附方程式:Γ=Γ∞cK1+Kc　　演算得:1Γ=1Γ∞K×1c+1Γ∞　　以1Γ对1c作图,可以看出初始浓度大于0.3517mol/L的第6～10点不在直线上,即该5个点不符合Langmuir公式,因此取浓度较低的前5个点拟合直线,如图2。图1　活性炭对醋酸的吸附等温线　　　　　　　图2　1Γ2

6、1c拟合直线图(活性炭吸附醋酸)　　　由图2可知,拟合的直线为1/Γ=329+32.5/c,R=0.9955。因此在24.0℃时选择醋酸溶液的浓度范围为0.0234～0.2345mol/L。　　图2中拟合直线的截距为329,Γ∞为截距的倒数,则饱和吸附量Γ∞为3.04×10-3mol/g。比表面积S0=Γ∞×6.023×1023×24.3×10-20m2/g,其中6.023×1023为阿伏加德罗常数,24.3×10-20为醋酸单分子所占的面积(m2),由此计算出活性炭的比表面积为444m2/g。1.2　振荡时间的选择　　实验温度24.0℃,振荡时间分别为0.5、1.0、

7、1.5和2.0h。数据处理方法同1.1。实验数据见表2。表2　不同振荡时间的实验数据(实验温度24.0℃)振荡0.5h振荡1.5h振荡2.5hc0mol·L-1cmol·L-1mgc0mol·L-1cmol·L-1mgc0mol·L-1cmol·L-1mg0.02340.01241.01540.02340.0151.11010.02340.01131.05670.04690.02971.09030.04690.02921.0430.04690.02981.07930.09380.06761.02170.09380.06761.02250.