溶液的吸附可用于测定固体比表面积。次甲基蓝是易于被固体吸附的水溶性染料,研究表明,在一定浓度范围内,大多数固体对次甲基蓝的吸附是单分子层吸附,符合郎缪尔吸附理论。
郎缪尔吸附理论的基本假设是:固体表面是均匀的,吸附是单分子层吸附,吸附剂一旦被吸附质覆盖就不能被再吸附在吸附平衡时候,吸附和脱附建立动态平衡吸附平衡前,吸附速率与空白表面成正比,解吸速率与覆盖度成正比。
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-�8�0)c (k1为吸附速率常数)
脱附速率: r脱 = k-1N�8�0 (k-1为脱附速率常数)
当达到吸附平衡时: r吸 = r脱 即 k1N(1-�8�0)c = k-1N�8�0
由此可得: (2-25-1)
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Γ表示浓度c时的平衡吸附量,以�8�8�8�2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: �8�0 =�8�8 /�8�8�8�2
带入式(2-25-1)得 (2-25-2)
整理式(2-25-2)得到如下形式
(2-25-3)
作c/Γ~c图,从直线斜率可求得�8�8�8�2,再结合截距便可得到K吸。�8�8�8�2指每克吸附剂对吸附质的饱和吸附量(用物质的量表示),若每个吸附质分子在吸附剂上所占据的面积为�8�2A,则吸附剂的比表面积可以按照下式计算
S=�8�8�8�2L�8�2A (2-25-4)
式中S为吸附剂比表面积,L为阿伏加德罗常数。
次甲基蓝的结构为:
阳离子大小为17.0 ×7.6× 3.25 ×10-30 m3
次甲基蓝的吸附有三种取向:平面吸附投影面积为135×10–20m2,侧面吸附投影面积为75×10–20m2,端基吸附投影面积为39×10–20m2。对于非石墨型的活性炭,次甲基蓝是以端基吸附取向,吸附在活性炭表面,因此 =39 ×10–20m2。
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
A= -lg(I/I0)=�8�8bc (2-25-5)
式中,A为吸光度,I0为入射光强度,I为透过光强度,�8�8为吸光系数,b为光径长度或液层厚度,c为溶液浓度。
次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。