第一章吸附的基本概念

1、第一章吸附的基本概念1.1.1 1.1.1 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 吸附劑及其應(yīng)用的發(fā)展：吸附劑及其應(yīng)用的發(fā)展： 1773年，木炭吸附氣體， 沸石分子篩的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用 新型有序介孔材料。 吸附理論的發(fā)展：吸附理論的發(fā)展： 1917Langmuir BETKelvinDA1.1.2 1.1.2 基本概念基本概念 吸附吸附吸附（吸附（adsorptionadsorption）是指在固相氣相、固相液相、固相固相、液相氣相、液相液相等體系中，某個相的物質(zhì)密度或溶于該相中的溶質(zhì)濃度在界面上發(fā)生改變（與本體相不同）的現(xiàn)象。 Gibbs surface Surface of the solidAdsorptions

2、pacezGasphaseSolid phase, Vs l吸附劑（吸附劑（AdsorbentAdsorbent）具有吸附作用的物質(zhì)。l吸附質(zhì)（吸附質(zhì)（adsorbateadsorbate）被吸附的物質(zhì)。 吸附劑與吸附質(zhì)吸附劑與吸附質(zhì)1.1.2 基本概念基本概念 吸附等溫線（吸附等溫線（adsorption isothermadsorption isotherm）溫度一定時，吸附量與壓力（氣相）或濃度（液相）的關(guān)系。 吸附等壓線（吸附等壓線（adsorption isobaradsorption isobar）壓力一定時，吸附量與溫度的關(guān)系。 吸附定量線（吸附定量線（adsorption is

3、ostereadsorption isostere）吸附量一定時，壓力與溫度的關(guān)系。 吸附質(zhì)離開界面引起吸附量減少的現(xiàn)象稱為脫附（脫附（desorptiondesorption）。 理想表面理想表面非理想表面非理想表面 固體表面固體表面MCM-41 MCM-41 有序介孔材料的透射電鏡圖（有序介孔材料的透射電鏡圖（TEMTEM） 活性炭的活性炭的TEMTEM圖（椰殼基和石油焦基）圖（椰殼基和石油焦基） 孔孔IUPAC 分類：微孔微孔（microporemicropore）中孔中孔 大孔大孔 (macropore) : 50nm(macropore) : 50nm 1.6 1.6 密度密度 真密

4、度：真密度：質(zhì)量除以不包括孔容積（但包括閉孔孔容）在內(nèi)的體積得到的密度。 表觀密度：表觀密度：質(zhì)量處以包括孔容積在內(nèi)的體積得到的密度。 容積密度（堆密度）：容積密度（堆密度）：質(zhì)量處以包含粉末粒子間隙的體積得到的密度。 VadTadVtTrefCprefpadVref真密度測量真密度測量參考文獻l1、F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing, Adsorption by powders and porous solids, Academic Press, 1999l2、 Duong D.Do. Adsorption analysis: equilibria and

5、 kinetics. Imperial College Press, 1998 l3、J. Toth. Adsorption theory, modeling, and analysis. New York: Marcel Dekker, Inc, 2002, 175l葉振華，化工吸附分離工程，1992lR.T.Yang, 吸附法氣體分離，1991l嚴繼民，吸附與凝聚，1986l色散力色散力l偶極子作用偶極子作用l四極子作用四極子作用1.2 吸附作用范德華力（范德華力（van der waals ）l靜電力靜電力l氫鍵氫鍵l表面修飾表面修飾勢能曲線勢能曲線U(r)U(r) LenardLena

6、rdJonesJones公式公式126)(brarrU色散力色散力2.2 2.2 偶極子相互作用偶極子相互作用色散力色散力 偶極子作用偶極子作用 四極子作用四極子作用 r-32.3 2.3 四極子相互作用四極子相互作用在吸附質(zhì)和吸附劑之間或吸附劑相互之間也產(chǎn)生靜電引力或斥力靜電引力或斥力。當固體表面有酸性位或堿性位時，表面就帶正電荷或負電。這種表面在溶液中就會發(fā)生離離子交換子交換。 靜電力靜電力 氫鍵氫鍵 羥基-OH、羧基-COOH、磺酸基-SO3H、氨基-NH2 等官能團 HO、S、N、F、Cl氫鍵作用力是范德華力的氫鍵作用力是范德華力的5-105-10倍。倍。表面修飾表面修飾0.00.20

7、.40.60.81.005101520253035 n/mmolg-1p/p0 BY-2-NH3H2O BY-2-HF BY-2 BY-2-HNO3 BY-2-H3PO4活性炭活性炭BY-2BY-2化學(xué)改性后的表面性質(zhì)和儲氫容量化學(xué)改性后的表面性質(zhì)和儲氫容量BETS樣 品BY-2BY-2-HNO3BY-2-H3PO4BY-2-NH3H2OBY-2-HFn(mmol/g)a3.483.502.863.613.67(m2/g)19641834179420612001灰分含量(%)3.921.040.983.921.9孔容(cm3/g)0.981.000.921.011.04m(總含氧官能團) mm

8、ol/g2.273.462.151.091.59m(-COOH)0.481.351.360.440.89m(-COOR)0.480.170.070.340.02m(酚羥基)1.271.810.700.280.02m(醌型羰基)0.040.130.0230.030.66012345678910 11 12 13 14051015202530Tc=154.58K268K298K253K118K138K158K178K198K218K238K283K313K n/mmol.g-1p/MPa氧氣在活性炭上吸附等溫線氧氣在活性炭上吸附等溫線1.3 吸附等溫線n=f(T，p)3.1 3.1 吸附等溫線的類型吸附等溫線的類型 等溫線的形狀反應(yīng)了固體表面性等溫線的形狀反應(yīng)了固體表面性質(zhì)、孔結(jié)構(gòu)和氣固分子之間的作質(zhì)、孔結(jié)構(gòu)和氣固分子之間的作用力的特性用力的特性。BB吸附量n相對壓力p/p0np/p001型等溫線型等溫線l 化學(xué)吸附，單分子層，極限吸附量化學(xué)吸附，單