液膜扩散系数的测定

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1、液膜扩散系数的测定一、实验目的1、了解吸附扩散过程的基本原理。2、采用静态吸附法测定吸附过程中的液膜扩散系数3、掌握使用计算机进行数据处理的方法。二、试剂与仪器试剂：活性炭，亚甲基蓝。仪器：康氏振荡器，分析天平，容量瓶，移液管，碘量瓶，分光光度计三、实验原理活性炭具有较大的比表面积，对气体、有机物、金属离子等具有良好的吸附性能。采用静态吸附法吸附亚甲基蓝，吸附容量计算公式为：(C0 - C)VW式中：C0和C分别为被吸附溶液中亚甲基蓝的初始浓度和时间t时的浓度, mg/L； V为亚甲基蓝溶液的体积，L； W为活性炭质量，g； 活性炭对溶液中亚甲基蓝的吸附扩散过程为：（1）亚甲基蓝从溶液相扩散到

2、液膜表面；（2）亚甲基蓝从液膜扩散到树脂体相表面；（3）亚甲基蓝从树脂体相表面向颗粒内部扩散。 若采用液膜扩散方程描述活性炭吸附的液膜扩散过程，其方程形式为：-ln（L - F ）= kt式中：k为液膜扩散系数，min-i； t为吸附时间，min； F=Q/Q为活性炭的 m吸附饱和度；Q和Qm分别为时间t时和平衡时的吸附容量，mg/g。四、操作步骤1、亚甲基蓝标准曲线的测定取l.OOg/L的亚甲基蓝水溶液5ml于100ml的容量瓶中，稀释至刻度线，摇 匀。用移液管从以上制备好的亚甲基蓝溶液中分别吸取1、2、3、4、5、6、7ml 于 7 个 100ml 的容量瓶中，稀释成 0.50、1.00、

3、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50mg/L， 以水为参比，在波长 665nm 下，用 1cm 比色皿测定吸光度，以吸光度对浓度作 图，绘出标准曲线。2、液膜扩散系数的测定取l.OOg/L的亚甲基蓝水溶液5.0ml于100ml的容量瓶中，稀释至刻度线， 摇匀。转移至碘量瓶中，加入1.00g活性炭，振荡吸附5120min,取上清液，测 定溶液中亚甲基蓝的浓度，计算活性炭对亚甲基蓝的吸附容量。五、数据处理1、将亚甲基蓝标准曲线测定实验中测得的吸光度数据填入表 1，用软件绘 制标准曲线，并进行线性拟合，求出线性拟合方程和线性相关系数 R2。表1 亚甲基蓝标准曲线的测定序号1234567C

4、(mg/L)0.501.001.502.002.503.003.50A0.0890.2090.3170.4170.5090.6030.752这里使用 Matlab 软件自带的 cftool 工具箱进行拟合，结果如下：图 1 ：拟合效果图图 2 ：拟合结果Linear model Polyl: f (k) = pl*s + p2Coefficients (with 95% confidence bounds):pl =4. 697(4. 358, 5. 035)p2 =0. 05681(-0. 1006, 0. 2143)拟合方程为：C=4.697A+0.05681拟合方差为： 0.9961图

5、3 ：拟合结果评判Goodness of fit:SSH: 0.02741R-square: 0.9961Adjusted R-square: 0.9953EfflSE: 0.074032、将吸附实验中测得的不同时间下的溶液吸光度数据填入表2,并用Excel 或WPS表格计算C、Q、-ln(1-F)的值，用Origin软件绘制活性炭对亚甲基蓝的 吸附曲线(Q-t关系曲线)。表 2 活性炭对亚甲基蓝的吸附实验结果 吸附温度：35 Ct/minAC(mg/L)Q(mg/g)-ln(1-F)50.7733.6883.1561.070100.3601.7484.1261.957150.2051.020

6、4.4902.726200.1470.7474.6263.293300.0980.5174.7414.328400.0890.4754.7634.733500.0710.3904.8053、采用Origin软件、Matlab软件与最小二乘法，以液膜扩散方程方程对数 据进行线性拟合，求出液膜扩散系数。（1）用 origin 处理结果图如下：图 4 ：origin 拟合效果图4.54.j3.0Equationy = a + bAdj. R-Squa0.9777ValueStandard ErrBIntercept0.61960.1/57BSlope0.12840.009672）用 Matlab 处

7、理：使用MATLAB中的cftool工具箱进行一维线性拟合，结果如下:图 5 ：拟合效果图图 6 :拟合结果Linear model Polyl:f(x) = pl*s + p2Coefficient s (with 95% confidence bounds): pl =0.1043(0.07119, 0.1375)p2 =0. 931(0. 1595, 1. 702)图 7 :拟合结果评判Goodness of fit:SSE: 0.4846R-square: 0.9502Adjusted R-square: 0.9378RflSE: 0.3481拟合方程为：-InC - F）= .104

8、3丫 + 0.931，拟合方差为 R2=0.95023）用最小二乘法处理:设线性拟合方程：y=A+BxxyiiAm + B工 x 工y. aS x + b X x 2 = Xii用 Excal 列表计算如下：图 7 ：最小二乘法计算过程与结果t-LN(l-F)xi :yixi2yi2xi-Kcyiyc(xi-xe.) (yi-ye.)(xi-se) 2(yi-ye) 251.0696711855.348355926251.144196444-15-1.94807642829.221146423.795001769101.95717790119.571779011003. 83054=5336-

9、10-1.06056971210.605697121001.124008114152.72576478940.886471842257.429793686-5-0.2919828241.45991412250.085253969203.29287124965.S574249S4=0010.8430010600.275123636000.07569301530生.3冇花肝23129.833031790018.72957347101.3100201113.10020111001.7161526S940733232831189.3293132160022.40349303201.7154852183

10、4.309704364002.94288953412018.10648568450.0263767325064.380603030-1.77636E-1588.696663128509.73979909203.017747613400b0.930767304a0.104349015R0.974816383 0.95026698结果 a=0.1043, b=0.9307, R2 =0.975,与 Matlab 结果相同。六、思考与讨论1、吸附实验测得的吸光度值在标准曲线测量数据点范围之外时,如何处理？ 答：应用拟合方程带入吸光度数值进行合理外推,差距较大的应增添标准曲线测量数据点。2、对标准曲线和液膜扩散方程线性拟合时,是否所有数据均呈线性关系？ 答：不是,所有数据都在拟合方程附近波动,此外可能有个别数据点是因实验条件变动或操作不当导致的奇异点,此时应将改点排除在模型外。3、扩散过程是否还可以用其它动力学模型描述？各种模型表示什么意义？ 各种模型的扩散系数有什么意义？答： kundsen 扩散：多孔固体的稳态扩散,系数表示分子在多孔固体中的扩 散速率。