膠體與表面化學(xué)(3)

1、膠體與表面化學(xué)膠體與表面化學(xué)(三三)高分子專業(yè)選修課程高分子專業(yè)選修課程(2400540)12第二章第二章 固體的表面固體的表面( (界面界面) )固體表面不像液體那樣易于縮小和變形，因此，固體表面張固體表面不像液體那樣易于縮小和變形，因此，固體表面張力的直接測定比較困難。任何表面都有自發(fā)降低表面能的傾力的直接測定比較困難。任何表面都有自發(fā)降低表面能的傾向，由于固體表面難于收縮，所以只能靠降低表面張力的辦向，由于固體表面難于收縮，所以只能靠降低表面張力的辦法來降低表面能，這也是固體表面能產(chǎn)生吸附作用的根本原法來降低表面能，這也是固體表面能產(chǎn)生吸附作用的根本原因。當(dāng)然因。當(dāng)然固體表面上的原子或分

2、子不能移動也不是絕對的固體表面上的原子或分子不能移動也不是絕對的，在高壓下幾乎所有金屬表面上的原子都會流動；在高溫或接在高壓下幾乎所有金屬表面上的原子都會流動；在高溫或接近熔點時，許多固體表面上的高峰、棱角都會變得鈍些，或近熔點時，許多固體表面上的高峰、棱角都會變得鈍些，或發(fā)生熔結(jié)現(xiàn)象；在加工或晶體形成過程中，晶體的外表面總發(fā)生熔結(jié)現(xiàn)象；在加工或晶體形成過程中，晶體的外表面總要取自由焓最低的晶面才最穩(wěn)定。要取自由焓最低的晶面才最穩(wěn)定。 固體表面分子（原子）移動困難固體表面分子（原子）移動困難Ch2.1 固體表面的特性固體表面的特性 由于加工方式或固體形成環(huán)境的不同，固體表面層由于加工方式或固體

3、形成環(huán)境的不同，固體表面層由表向里往往呈現(xiàn)出多層次結(jié)構(gòu)。金屬的表面組成更為由表向里往往呈現(xiàn)出多層次結(jié)構(gòu)。金屬的表面組成更為復(fù)雜，常因加工方式、環(huán)境氣氛及其他條件的不同而異。復(fù)雜，常因加工方式、環(huán)境氣氛及其他條件的不同而異。例如鐵在例如鐵在570以下，由表向里的成分依次是三氧化二以下，由表向里的成分依次是三氧化二鐵鐵四氧化三鐵四氧化三鐵鐵；在鐵；在570以上則為三氧化二以上則為三氧化二鐵鐵四氧化三鐵四氧化三鐵氧化鐵氧化鐵鐵。銅由表及里在鐵。銅由表及里在1100以下為氧化銅以下為氧化銅氧化亞銅氧化亞銅銅，銅，1100以上以上為氧化亞銅為氧化亞銅銅。銅。 固體表面層的組成不同于體相內(nèi)部固體表面層的組

4、成不同于體相內(nèi)部Ch2.1 固體表面的特性固體表面的特性 固體表面是不均勻的固體表面是不均勻的 固體表面看上去是光滑的，但經(jīng)過放大后即使磨光的固體表面看上去是光滑的，但經(jīng)過放大后即使磨光的表面也會有表面也會有105103 cm左右的不規(guī)整性，即表面是粗左右的不規(guī)整性，即表面是粗糙的。這是因為實際的表面上總是有臺階、裂縫、溝槽、糙的。這是因為實際的表面上總是有臺階、裂縫、溝槽、位錯等現(xiàn)象。位錯等現(xiàn)象。Ch2.1 固體表面的特性固體表面的特性平臺附加原子臺階附加原子扭結(jié)原子單原子臺階平臺空位Ch2.2 固液界面固液界面-潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象潤濕潤濕(wetting)：指固體（或液體）表面上的空氣被指固

5、體（或液體）表面上的空氣被液體取代的過程。液體取代的過程。洗滌、礦物浮選、印染、油漆、粘結(jié)、防水等Ch2.2 固液界面固液界面-潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象潤濕潤濕宏觀：潤濕是一種流體從固體表面置換另一種宏觀：潤濕是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程。流體的過程。微觀：潤濕固體的流體在置換原來在固體表面微觀：潤濕固體的流體在置換原來在固體表面上的流體后，本身與固體表面是在分上的流體后，本身與固體表面是在分之水平上的接觸，它們之間無被置換之水平上的接觸，它們之間無被置換相的分子。相的分子。1930年Osterhof，Bartell潤濕潤濕沾濕（沾濕（粘附粘附）浸濕（浸漬）浸濕（浸漬）鋪鋪 展展Ch2.2

6、 固液界面固液界面-粘粘 濕( (adhesion) )Sll-g界面界面Sg界面界面SllS界面界面l sg lg-sG Ch2.2 Ch2.2 固液界面固液界面-粘濕功粘濕功(work of (work of adhesion) ) 在等溫等壓條件下，在等溫等壓條件下，單位面積的液面與固體表面單位面積的液面與固體表面粘附時對外所作的最大功稱為粘濕功，粘附時對外所作的最大功稱為粘濕功，它是液體能否它是液體能否潤濕固體的一種量度。粘附功絕對值越大，液體越能潤濕固體的一種量度。粘附功絕對值越大，液體越能潤濕固體，液潤濕固體，液- -固結(jié)合得越牢。固結(jié)合得越牢。 在粘附過程中，消失了單位液體表面和

7、固體表面，在粘附過程中，消失了單位液體表面和固體表面，產(chǎn)生了單位液產(chǎn)生了單位液- -固界面。粘附功就等于這個過程表面吉固界面。粘附功就等于這個過程表面吉布斯自由能變化值。布斯自由能變化值。al sg lg-sWG 當(dāng)當(dāng) G0 或或 Wacos90,0s gs ll g時，Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角接觸角(contact angle)(contact angle)（3 3）不潤濕）不潤濕 固體不能為液體所潤濕；固體不能為液體所潤濕； cos0 901,80s gs l時，coss gs ll g（4 4）完全不潤濕）完全不潤濕 固體不能為液體完全潤濕；固體不能為液體完全潤濕； cos1

8、,180s gs ll g o-時，Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角接觸角(contact angle)(contact angle)(1cos )al gW cosil gW g sl sg l(cos1)lgSaiWWS對于指定的系統(tǒng)，對于指定的系統(tǒng)， ，沾濕過程的推動力最，沾濕過程的推動力最大，最易于進(jìn)行，但屬于最低層次的潤濕，鋪展過程的大，最易于進(jìn)行，但屬于最低層次的潤濕，鋪展過程的推動力最小，而難于進(jìn)行，但屬最高層次的潤濕。推動力最小，而難于進(jìn)行，但屬最高層次的潤濕。 :0180o:0o:090oPDMS droplet on hydrophilic Chitin-coated

9、silicon wafer, immersed in water PDMS droplet on hydrophobic Polystyrene-coated silicon wafer, immersed in water Ch2.2固液界面固液界面-接觸角接觸角(contact angle)(contact angle)Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角的測定接觸角的測定 躺滴或貼泡法躺滴或貼泡法直接觀測處在固體平面上的液滴或貼泡外形，再直接觀測處在固體平面上的液滴或貼泡外形，再用量角器測量。也可將液滴或貼泡的外形投影或用量角器測量。也可將液滴或貼泡的外形投影或攝像，在照片上直接測量。攝

10、像，在照片上直接測量。優(yōu)點：直接、簡便優(yōu)點：直接、簡便缺點：切線不易作準(zhǔn)缺點：切線不易作準(zhǔn)Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角的測定接觸角的測定 光反射法光反射法用強的光源通過狹縫，照射到三相交界處，改變?nèi)肷溆脧姷墓庠赐ㄟ^狹縫，照射到三相交界處，改變?nèi)肷涔獾姆较?，?dāng)反射光剛好沿著固體表面發(fā)出時，可根光的方向，當(dāng)反射光剛好沿著固體表面發(fā)出時，可根據(jù)入射光與反射光的夾角計算接觸角。據(jù)入射光與反射光的夾角計算接觸角。優(yōu)點：不用作切線；既可測平優(yōu)點：不用作切線；既可測平 的固體表面，也可測纖的固體表面，也可測纖維的維的缺點：接觸角只能為銳角缺點：接觸角只能為銳角入射光入射光反射光反射光法線法線2Ch2

11、.2 固液界面固液界面-接觸角的測定接觸角的測定 小液滴法小液滴法小液滴的形狀可看成是球的一部分，其側(cè)面剖面為：小液滴的形狀可看成是球的一部分，其側(cè)面剖面為：h2r222sinhrhr只要測出小液滴的高度和液滴與固體接觸的圓的半徑只要測出小液滴的高度和液滴與固體接觸的圓的半徑就可，液體用量少。就可，液體用量少。Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角的測定接觸角的測定 吊片法（垂片法）吊片法（垂片法） 將一固體片垂直插入液體中，液體沿固體片上升將一固體片垂直插入液體中，液體沿固體片上升的高度的高度h與接觸角的關(guān)系為：與接觸角的關(guān)系為：2sin12g lgh hCh2.2 固液界面固液界面-接觸角的

12、測定接觸角的測定 斜板法斜板法 將一固體平板插入液體中，在三相交界處保持一將一固體平板插入液體中，在三相交界處保持一定的接觸角。改變插入的角度，直到液面與平板接觸定的接觸角。改變插入的角度，直到液面與平板接觸之處一點也不彎曲，此時板面與液面的夾角即為接觸之處一點也不彎曲，此時板面與液面的夾角即為接觸角，角，Ch2.2 固液界面固液界面-接觸角滯后接觸角滯后前進(jìn)角前進(jìn)角 a后退角后退角 r前進(jìn)角與后退角不相等的現(xiàn)象稱為接觸角滯后前進(jìn)角與后退角不相等的現(xiàn)象稱為接觸角滯后一般 a rarCh2.2 固液界面固液界面-接觸角滯后接觸角滯后滯后的主要原因滯后的主要原因不平衡狀態(tài)不平衡狀態(tài)固體表面粗糙固體

13、表面粗糙()coss gl sg lrWenzel方程固體表面的不均勻性固體表面的不均勻性表明了表面粗糙化對接觸角的影響。因為表明了表面粗糙化對接觸角的影響。因為r1cos1cosr90 o時時,90 o時時,，表面粗糙化使會使?jié)櫇竦捏w系更不潤濕，表面粗糙化使會使?jié)櫇竦捏w系更不潤濕表觀接觸角Ch2.2 固液界面固液界面-動接觸角（動潤濕）動接觸角（動潤濕）固體與液體間形成的接觸角隨時間而發(fā)生變化。固體與液體間形成的接觸角隨時間而發(fā)生變化。動接觸角動接觸角sd,rd,asd,ad,r靜靜動動Ch2.2 固液界面固液界面-動接觸角（動潤濕）動接觸角（動潤濕）實驗發(fā)現(xiàn)：對于接觸角實驗發(fā)現(xiàn)：對于接觸角

14、90o的親液體系，當(dāng)界的親液體系，當(dāng)界面運動速度增加時，前進(jìn)角隨之變大，而且速面運動速度增加時，前進(jìn)角隨之變大，而且速度大到一定程度，動態(tài)接觸角可大于度大到一定程度，動態(tài)接觸角可大于90o。導(dǎo)致。導(dǎo)致親液體系變成不能潤濕的疏液體系。親液體系變成不能潤濕的疏液體系。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附劑和吸附質(zhì)吸附劑和吸附質(zhì)(adsorbentadsorbate) 當(dāng)氣體或蒸汽在固體表面被吸附時，固體稱為當(dāng)氣體或蒸汽在固體表面被吸附時，固體稱為吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。 常用的吸附劑有：常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等硅膠、分子篩、活性炭等。

15、為了測定固體的比表面，常用的吸附質(zhì)有：為了測定固體的比表面，常用的吸附質(zhì)有：氮氮氣、水蒸氣、苯或環(huán)己烷的蒸汽等氣、水蒸氣、苯或環(huán)己烷的蒸汽等。Ch2 .3固體表面的吸附固體表面的吸附吸附平衡吸附平衡(adsorption equilibrium) S + G SGadsorption desorptionAt equilibrium : ra = rdra : rate of adsorptionrd : rate of desorptionCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附量吸附量(Amount adsorbed ) 吸附量通常有兩種表示方法：吸附量通常有兩種表示方法：3-1/ m

16、gqV m單位：(2)吸附平衡時，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量。吸附平衡時，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量。-1/ mol gqn m單位：(1)吸附平衡時，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積。吸附平衡時，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積。體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)按固體表面分子與被吸附氣體按固體表面分子與被吸附氣體分子間作用力分子間作用力性質(zhì)不同，性質(zhì)不同，可將吸附分為可將吸附分為“物理吸附物理吸附”和和“化學(xué)吸附化學(xué)吸附”兩種類型。兩種類型。在物理吸附中，固體表面分子與氣體分子之間的吸引在物理吸附中，固體表面分子與氣體分子之間的吸引力是范德華引力，即氣體分子

17、凝聚為液體的力，所以力是范德華引力，即氣體分子凝聚為液體的力，所以物理吸類似于氣體在固體表面上發(fā)生液化。在化學(xué)吸物理吸類似于氣體在固體表面上發(fā)生液化。在化學(xué)吸附中，固體表面分子與氣體分子之間可有電子的轉(zhuǎn)移、附中，固體表面分子與氣體分子之間可有電子的轉(zhuǎn)移、原子的重排、化學(xué)鍵的破壞與形成等，吸附力遠(yuǎn)大于原子的重排、化學(xué)鍵的破壞與形成等，吸附力遠(yuǎn)大于范德華力而化學(xué)鍵力相似，所以化學(xué)吸附類似于發(fā)生范德華力而化學(xué)鍵力相似，所以化學(xué)吸附類似于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)。 Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附類型吸附類型 Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附類型吸附類型 物理吸附物理吸附化學(xué)吸附

18、化學(xué)吸附吸附力吸附力范德華力范德華力化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力吸附分子層吸附分子層單分子層或多分子層單分子層或多分子層單分子層單分子層吸附選擇性吸附選擇性無選擇性無選擇性任何氣體分子都能被吸附任何氣體分子都能被吸附有選擇性有選擇性只能對某些特定氣體分子發(fā)生吸附只能對某些特定氣體分子發(fā)生吸附吸附熱吸附熱約為約為2040kJ/mol較小，與氣體的凝聚熱相近較小，與氣體的凝聚熱相近約為約為40400kJ/mol較大，與化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)相近較大，與化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)相近吸附速率吸附速率較快，受溫度影響較小較快，受溫度影響較小易達(dá)平衡，較易脫附易達(dá)平衡，較易脫附較慢，受溫度影響較大較慢，受溫度影響較大不易達(dá)平衡，較難脫

19、附不易達(dá)平衡，較難脫附Notes:Notes: 物理吸附與化學(xué)吸附可以同時發(fā)生物理吸附與化學(xué)吸附可以同時發(fā)生 有的化學(xué)吸附不需活化能，速率很也快有的化學(xué)吸附不需活化能，速率很也快Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附曲線吸附曲線(adsorption curves) 對于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達(dá)到吸附平對于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達(dá)到吸附平衡時，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：衡時，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即： 通常固定一個變量，求出另外兩個變量之間的關(guān)通常固定一個變量，求出另外兩個變量之間的關(guān)系，例如：系，例如：( , )qf T p(1)(1)T T= =常數(shù)，

20、常數(shù)，q q = = f f ( (p p) )，得吸附等溫線。，得吸附等溫線。(2)(2)p p= =常數(shù)，常數(shù)，q q = = f f ( (T T) )，得吸附等壓線。，得吸附等壓線。(3)(3)q q= =常數(shù)，常數(shù)，p p = = f f ( (T T) )，得吸附等量線。，得吸附等量線。Ch2 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等溫線吸附等溫線吸附等溫線能夠反映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔徑分布吸附等溫線能夠反映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔徑分布以及吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。以及吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。保持溫度不變，表示吸附量與比壓之間的關(guān)系曲線稱為保持溫度不變，表

21、示吸附量與比壓之間的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。吸附等溫線。 縱坐標(biāo)是吸附量，橫坐標(biāo)是比壓縱坐標(biāo)是吸附量，橫坐標(biāo)是比壓p/ps，通常比壓控制在，通常比壓控制在0.3以下，以防止毛細(xì)現(xiàn)象發(fā)生。以下，以防止毛細(xì)現(xiàn)象發(fā)生。p是吸附質(zhì)蒸汽的平衡是吸附質(zhì)蒸汽的平衡壓力，壓力， ps是吸附溫度時吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓。是吸附溫度時吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等溫線吸附等溫線()在在2.5nm以下微孔吸以下微孔吸附劑上的吸附等溫線屬附劑上的吸附等溫線屬于這種類型。例如于這種類型。例如78K時時N2在活性炭在活性炭上的吸附及上的吸附及水和苯蒸氣在分子篩水和苯蒸氣在分子篩上上的吸附。

22、的吸附。ICh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等溫線吸附等溫線吸附劑是非孔性的吸附劑是非孔性的( (或孔徑較大或孔徑較大) )，吸附空間不會受到限制，可發(fā)，吸附空間不會受到限制，可發(fā)生多分子層吸附。在比壓接近生多分子層吸附。在比壓接近1 1時，發(fā)生毛細(xì)孔凝現(xiàn)象。時，發(fā)生毛細(xì)孔凝現(xiàn)象。 ()常常稱為稱為S型等溫線型等溫線，如如7878K時，時，N2在硅膠上的吸附在硅膠上的吸附 。(III)類型較少類型較少見。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時會出現(xiàn)這種等溫線，如見。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時會出現(xiàn)這種等溫線，如352K時，時，Br2在硅膠上的吸附。在硅膠上的吸附。IIIIICh2.3 固

23、體表面的吸附固體表面的吸附吸附等溫線吸附等溫線IVV吸附劑是多孔的，但不是微孔或至少不完全是微孔型的，吸附劑是多孔的，但不是微孔或至少不完全是微孔型的，則吸附空間雖可以容納多層吸附，但不能是無限的。則吸附空間雖可以容納多層吸附，但不能是無限的。(IV)323K時，苯在氧化鐵凝膠上的吸附時，苯在氧化鐵凝膠上的吸附 ；(V) 373K時，時，水蒸汽在活性炭上的吸附水蒸汽在活性炭上的吸附 Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附毛細(xì)凝聚現(xiàn)象毛細(xì)凝聚現(xiàn)象rKmg02( )cos2 (l)ln()mVlVpRTpRr02( )coslnmrkVlpRTpr若吸附質(zhì)液體可以潤濕毛細(xì)孔孔壁，形成若吸附質(zhì)液體

24、可以潤濕毛細(xì)孔孔壁，形成凹液面。其平衡蒸氣壓小于相同溫度下平凹液面。其平衡蒸氣壓小于相同溫度下平液面上的蒸氣壓。毛細(xì)管越小，液面上的蒸氣壓。毛細(xì)管越小，p越小。越小。因此對正常平液面未達(dá)到飽和的蒸氣壓，因此對正常平液面未達(dá)到飽和的蒸氣壓，可以在毛細(xì)管內(nèi)凝結(jié)，隨著氣體壓力增加，可以在毛細(xì)管內(nèi)凝結(jié)，隨著氣體壓力增加，能發(fā)生氣體凝結(jié)的毛細(xì)孔越大。能發(fā)生氣體凝結(jié)的毛細(xì)孔越大。rCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象Vp. .脫附曲線脫附曲線吸附曲線吸附曲線孔型固體的吸附等孔型固體的吸附等溫線在某一壓力范溫線在某一壓力范圍內(nèi)吸附曲線大多圍內(nèi)吸附曲線大多與脫附曲線分離的與脫附曲線

25、分離的現(xiàn)象稱為吸附滯后。現(xiàn)象稱為吸附滯后。吸附曲線與脫附曲吸附曲線與脫附曲線分離部分構(gòu)成的線分離部分構(gòu)成的循環(huán)稱為吸附滯后循環(huán)稱為吸附滯后圈（環(huán)）圈（環(huán)） 。P脫脫p吸吸Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象對吸附滯后現(xiàn)象的解釋對吸附滯后現(xiàn)象的解釋Zsigmondy:Zsigmondy:吸附和脫附時接觸角不同吸附和脫附時接觸角不同吸附吸附脫附脫附吸附吸附 脫附脫附p p吸附吸附 p p脫附脫附coscos吸附脫附Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象墨水瓶效應(yīng)墨水瓶效應(yīng)(McBain)吸附自半徑大的瓶底開始吸附自半徑大的瓶底開始脫附自半徑小的

26、瓶口開始脫附自半徑小的瓶口開始 p p吸附吸附 p p脫附脫附 Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象吸附脫附吸附開始的毛細(xì)凝聚在圓柱形的孔壁上吸附開始的毛細(xì)凝聚在圓柱形的孔壁上進(jìn)行進(jìn)行。r r1 1=脫附開始時從孔口的球形彎月液面開始脫附開始時從孔口的球形彎月液面開始兩端開口的圓孔兩端開口的圓孔Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后圈的形狀與孔結(jié)構(gòu)吸附滯后圈的形狀與孔結(jié)構(gòu)兩端開口兩端開口 平行板夾縫平行板夾縫 錐形或雙錐形或雙孔徑均勻孔徑均勻 錐形孔錐形孔Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附滯后現(xiàn)象吸附滯后現(xiàn)象口小腔大的孔口

27、小腔大的孔 四面隔板交錯重四面隔板交錯重 疊的縫隙疊的縫隙Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附孔徑分布孔徑分布r 10nm 壓汞法，孔徑越大越方便壓汞法，孔徑越大越方便140o21fr p022cos140fr 2cos140orp 480/mN mCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等壓線吸附等壓線保持壓力不變，吸附量與溫度之保持壓力不變，吸附量與溫度之間的關(guān)系曲線稱為間的關(guān)系曲線稱為吸附等壓線吸附等壓線。吸附等壓線吸附等壓線不不是實驗直接測量的，是實驗直接測量的，而是在實驗測定等溫線的基礎(chǔ)上而是在實驗測定等溫線的基礎(chǔ)上畫出來的。畫出來的。在實驗測定的一組吸附等溫線在實驗測定的一

28、組吸附等溫線上，選定比壓為上，選定比壓為0.10.1，作垂線與，作垂線與各等溫線相交。各等溫線相交。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等壓線吸附等壓線用途用途：判別吸附類型：判別吸附類型在不同的溫度下起主導(dǎo)作用的吸附可發(fā)生變化。低溫時，在不同的溫度下起主導(dǎo)作用的吸附可發(fā)生變化。低溫時，化學(xué)吸附速度慢，吸附力主要為范德華力。所以低溫主化學(xué)吸附速度慢，吸附力主要為范德華力。所以低溫主要是物理吸附。要是物理吸附。 Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等量線吸附等量線保持吸附量不變，壓力與溫度之間的保持吸附量不變，壓力與溫度之間的關(guān)系曲線稱為關(guān)系曲線稱為吸附等量線吸附等量線。吸附等量

29、吸附等量線不是用實驗直接測量的，而是在實線不是用實驗直接測量的，而是在實驗測定驗測定等溫線的基礎(chǔ)上畫出來的等溫線的基礎(chǔ)上畫出來的。在實驗測定的一組吸附等溫線上，在實驗測定的一組吸附等溫線上，選定吸附量為選定吸附量為q q1 1，作水平線與各等溫，作水平線與各等溫線相交。線相交。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附等量線吸附等量線用途用途：求算吸附熱，它是一個非常重要的物理量，反：求算吸附熱，它是一個非常重要的物理量，反映了吸附的強弱。映了吸附的強弱。2ln()qpQTRT化學(xué)吸附和物理吸附都是由無序變成了有序化學(xué)吸附和物理吸附都是由無序變成了有序0,0ST S 又因吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的

30、，又因吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的，G 0所以，所以， H 0 (Q0), 即吸附過程為即吸附過程為放熱放熱過程過程Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir adsorption isothermal equationsLangmuir(1916年年)吸附等溫式描述了吸附量與被吸附蒸氣吸附等溫式描述了吸附量與被吸附蒸氣壓力之間的定量關(guān)系。他在推導(dǎo)該公式的過程引入了三個壓力之間的定量關(guān)系。他在推導(dǎo)該公式的過程引入了三個重要假設(shè)：重要假設(shè)： 吸附是單分子層的吸附是單分子層的. . 固體表面是均勻的固體表面是均勻的 被吸附的分子間無作用力被吸附的分子間無作用力Ch2.3 固體表面的吸附固體

31、表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式設(shè)：表面覆蓋度設(shè)：表面覆蓋度 = = V V/ /V Vm m V Vm m為吸滿單分子層的體積為吸滿單分子層的體積則空白表面為則空白表面為(1 - (1 - ) )V V為吸附體積為吸附體積11吸附速率：吸附速率：1(1)ark p脫附速率：脫附速率：1drk達(dá)到吸附平衡：達(dá)到吸附平衡： 吸附速率吸附速率脫附速率脫附速率得：得：1apapr ra a= =k k1 1p p( 1-( 1- ) )r rd d = =k k-1-1= =k k1 1p p(1 - (1 - )= )=k k1 1 設(shè)設(shè)a a = = k k1 1/ /k k1

32、 1 這公式稱為這公式稱為 LangmuirLangmuir吸附等溫式吸附等溫式，式中，式中a a稱為稱為吸附吸附系數(shù)系數(shù)，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強弱程度。弱程度。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式 當(dāng)當(dāng)p p很小很小，或吸附很弱時，或吸附很弱時，apap1ap1 1， =1=1， 與與 p p無無關(guān)，吸附已關(guān)，吸附已鋪滿單分子層鋪滿單分子層。 當(dāng)壓力適中，當(dāng)壓力適中， p pm m，m m介于介于0 0與與1 1之

33、間。之間。1apapP = aP aPaP1 = 13-1m/(22.4dmmol ) (STP)nV 這是這是Langmuir吸附公式的又一表示形式。用實驗數(shù)據(jù)，吸附公式的又一表示形式。用實驗數(shù)據(jù)，以以p/Vp作圖得一直線，從斜率和截距求出吸附系數(shù)作圖得一直線，從斜率和截距求出吸附系數(shù)a和鋪和鋪滿單分子層的氣體體積滿單分子層的氣體體積Vm。將將 =V/Vm代入代入Langmuir吸附公式吸附公式1apap Vm是一個重要參數(shù)。是一個重要參數(shù)。從吸附質(zhì)分子截面積從吸附質(zhì)分子截面積Am，可計算吸附劑的比表面可計算吸附劑的比表面S。mSA LnCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmu

34、ir 吸附等溫式吸附等溫式重排后可得：重排后可得：1mmppVV aVCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式對于一個吸附質(zhì)分子吸附時解離成兩個粒子的吸附對于一個吸附質(zhì)分子吸附時解離成兩個粒子的吸附2a1(1)rk p達(dá)到吸附平衡時：達(dá)到吸附平衡時：221-1(1)k pk則則Langmuir吸附等溫式可以表示為：吸附等溫式可以表示為：2/1212/12/11papa/2d-1rkCh2.3固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式當(dāng)當(dāng)A A和和B B兩種粒子都被吸附時，兩種粒子都被吸附時，A A和和B B分子的吸附與解分子的吸

35、附與解吸速率分別為：吸速率分別為：A1 -dBAA1a)1 (krpkrB1dBAB1a)1 (krpkr達(dá)吸附平衡時，達(dá)吸附平衡時，r ra a = = r rd dABAA1apBBAB1paCh2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式兩式聯(lián)立解得兩式聯(lián)立解得A，B分別為：分別為：BAAA1paapapBABB1paapap對對i種氣體混合吸附的種氣體混合吸附的Lngmuir吸附公式為：吸附公式為：11iiiiiia pa p 假設(shè)吸附是單分子層的，與事實不符。假設(shè)吸附是單分子層的，與事實不符。 假設(shè)表面是均勻的，其實大部分表面是不均勻的。假設(shè)表面是均勻

36、的，其實大部分表面是不均勻的。 在覆蓋度在覆蓋度 較大時，較大時，Langmuir吸附等溫式不適用。吸附等溫式不適用。Langmuir吸附等溫式的吸附等溫式的缺點缺點：Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式由由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子層吸附公三人提出的多分子層吸附公式簡稱式簡稱BET公式（公式（1938年）年）。 他們接受了他們接受了Langmuir理論中關(guān)于固體表面是均勻的觀理論中關(guān)于固體表面是均勻的觀點，但他們認(rèn)為吸附是多分子層的。當(dāng)然第一層吸

37、附與點，但他們認(rèn)為吸附是多分子層的。當(dāng)然第一層吸附與第二層吸附不同，因為相互作用的對象不同，因而吸附第二層吸附不同，因為相互作用的對象不同，因而吸附熱也不同，第二層及以后各層的吸附熱接近與凝聚熱。熱也不同，第二層及以后各層的吸附熱接近與凝聚熱。 在這個基礎(chǔ)上他們導(dǎo)出了在這個基礎(chǔ)上他們導(dǎo)出了BET吸附二常數(shù)公式。吸附二常數(shù)公式。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式Basic assumption (a) Adsorption is multilayer (b) Surface is uniform and there is not interacting for

38、ce among the molecules adsorbed.(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to the condensed heat of gas.Ch2.3固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式/) 1(1)(ssmppcppcpVV 式中兩個常數(shù)為式中兩個常數(shù)為c和和Vm，c是與吸附熱有關(guān)的常數(shù)，是與吸附熱有關(guān)的常數(shù)，Vm為為鋪滿單分子層所需氣體的體積。鋪滿單分子層所需氣體的體積。p和和V分別為吸附時的壓分別為吸附時的壓力和體積，力和體積，ps是實驗溫度下吸附質(zhì)的飽和

39、蒸汽壓。是實驗溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式為了使用方便，將二常數(shù)公式改寫為：為了使用方便，將二常數(shù)公式改寫為：smms11)(ppcVccVppVp用實驗數(shù)據(jù)用實驗數(shù)據(jù) 對對 作圖，得一條直線。從直作圖，得一條直線。從直線的斜率和截距可計算兩個常數(shù)值線的斜率和截距可計算兩個常數(shù)值c和和Vm，從，從Vm可可以計算吸附劑的比表面以計算吸附劑的比表面S：)(sppVpspp13mmmoldm4 .22LVASAm是吸附質(zhì)分子的截面積，是吸附質(zhì)分子的截面積，要換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)要換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(STP)。為了計算方便起見，二常數(shù)公式較常用

40、，比壓一般控為了計算方便起見，二常數(shù)公式較常用，比壓一般控制在制在0.050.35之間。之間。比壓太低，建立不起多分子層物理吸附；比壓太低，建立不起多分子層物理吸附；比壓過高，容易發(fā)生毛細(xì)凝聚，使結(jié)果偏高。比壓過高，容易發(fā)生毛細(xì)凝聚，使結(jié)果偏高。Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式 如果吸附層不是無限的，而是有一定的限制，例如在如果吸附層不是無限的，而是有一定的限制，例如在吸附劑孔道內(nèi)，至多只能吸附吸附劑孔道內(nèi)，至多只能吸附n層，則層，則BET公式修正為公式修正為三常數(shù)公式：三常數(shù)公式：1ss1sssm) 1(1) 1(1)(nnnppcppcppnppnpp

41、cpVV 若若n =1,為單分子為單分子層吸附層吸附,上式可以上式可以簡化為簡化為 Langmuir公式。公式。 若若n =，(p/ps)0，上式可轉(zhuǎn)化為二常數(shù)公式。三，上式可轉(zhuǎn)化為二常數(shù)公式。三常數(shù)公式一般適用于比壓在常數(shù)公式一般適用于比壓在0.350.60之間的吸附。之間的吸附。Ch3.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 BET 吸附等溫式吸附等溫式Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 Freundlich 吸附等溫式吸附等溫式Freundlich吸附等溫式有兩種表示形式：吸附等溫式有兩種表示形式：/nkpq1 ) 1 (q：吸附量，吸附量，cm3/gk，n是與溫度、體是與溫度、體系有關(guān)

42、的常數(shù)。系有關(guān)的常數(shù)。/npkmx1 )2(x：吸附氣體的質(zhì)量吸附氣體的質(zhì)量m：吸附劑質(zhì)量吸附劑質(zhì)量k，n是與溫度、體系是與溫度、體系有關(guān)的常數(shù)。有關(guān)的常數(shù)。Freundlich吸附公式對吸附公式對q 的適用范圍比的適用范圍比Langmuir公式要公式要寬。寬。0ln()mVRTA pV適用于化學(xué)吸附，在處理一些工業(yè)上的催化過程如合成適用于化學(xué)吸附，在處理一些工業(yè)上的催化過程如合成氨過程等常用到此方程，適用于覆蓋率中等的情況氨過程等常用到此方程，適用于覆蓋率中等的情況Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附 喬姆金喬姆金 吸附等溫式吸附等溫式（a) a) 吸附為單分子層吸附吸附為單分子層吸附

43、(b) (b) 固體表面是不均勻的固體表面是不均勻的 ln 0AHHa理論模型：理論模型：Ch2.3 固體表面的吸附固體表面的吸附BET 吸附等溫式吸附等溫式Langmuir 吸附等溫式吸附等溫式Freundlich 吸附等溫式吸附等溫式喬姆金吸附等溫式喬姆金吸附等溫式前提假設(shè)前提假設(shè)等溫公式等溫公式使用范圍使用范圍 吸附是單分子層的；吸附是單分子層的； 固體表面是均勻的固體表面是均勻的 被吸附的分子間無作用力被吸附的分子間無作用力1apapmVV1mmppVV aV使用范圍：使用范圍：假設(shè)：假設(shè)：公式：公式：僅適用于吸附是單分子層的。僅適用于吸附是單分子層的。Langmuir 吸附等溫式吸附

44、等溫式 吸附是多分子層的吸附是多分子層的. . 固體表面是均勻的且固體表面是均勻的且被吸附的分子間無作用力被吸附的分子間無作用力 第二層以后各層的吸附熱相同且接近于氣體的第二層以后各層的吸附熱相同且接近于氣體的 液化熱。液化熱。使用范圍：使用范圍：假設(shè)：假設(shè)：二常數(shù)公式：二常數(shù)公式：適用于吸附是多分子層的。適用于吸附是多分子層的。smms11)(ppcVccVppVpBET 吸附等溫式吸附等溫式Freundlich 吸附等溫式吸附等溫式兩種表示形式：兩種表示形式：/nkpq1 ) 1 (/npkmx1 )2(Freundlich吸附公式對吸附公式對q 的適用范圍比的適用范圍比Langmuir公

45、式要寬。公式要寬。喬姆金吸附等溫式喬姆金吸附等溫式（a) a) 吸附為單分子層吸附吸附為單分子層吸附 (b) (b) 固體表面是不均勻的固體表面是不均勻的使用范圍：使用范圍：假設(shè)：假設(shè)：公式：公式：0ln()mVRTA pV適用于化學(xué)吸附，在處理一些工業(yè)上的催化適用于化學(xué)吸附，在處理一些工業(yè)上的催化過程，適用于覆蓋率中等的情況。過程，適用于覆蓋率中等的情況。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附溫度、壓力、吸附質(zhì)和吸附劑的性質(zhì)溫度、壓力、吸附質(zhì)和吸附劑的性質(zhì)Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附極性吸附劑易于吸附極性吸附質(zhì)；極性吸附劑易于吸附極性吸附質(zhì)；非極性吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)；非

46、極性吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)；無論極性或非極性吸附劑，吸附質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，無論極性或非極性吸附劑，吸附質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，沸點越高，被吸附的能力越強；沸點越高，被吸附的能力越強；酸性吸附劑易于吸附堿性吸附質(zhì)，反之亦然；酸性吸附劑易于吸附堿性吸附質(zhì)，反之亦然；吸附劑的孔結(jié)構(gòu)和孔徑大小，影響吸附量和吸附速率。吸附劑的孔結(jié)構(gòu)和孔徑大小，影響吸附量和吸附速率。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附BET質(zhì)量法（石英彈簧稱法）質(zhì)量法（石英彈簧稱法）根據(jù)掛在石英根據(jù)掛在石英彈簧下的樣品盤在吸附前后因質(zhì)量變化而引起的彈簧下的樣品盤在吸附前后因質(zhì)量變化而引起的彈簧伸暢長（通過測高儀測量）來計算吸附量。

47、彈簧伸暢長（通過測高儀測量）來計算吸附量。 流動法流動法 連續(xù)流動色譜法連續(xù)流動色譜法 “ “干燥器干燥器”法法測定樣品對水蒸氣的吸附量測定樣品對水蒸氣的吸附量Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附 硅膠具有強力吸附能迅速有效地吸附密封包裝硅膠具有強力吸附能迅速有效地吸附密封包裝內(nèi)的水分、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無害的特點內(nèi)的水分、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無害的特點；各種硅膠已被大量用于藥物提純、各種硅膠已被大量用于藥物提純、DNA分離、分離、食品干燥、高精電子、高級化妝品、污水凈化、食品干燥、高精電子、高級化妝品、污水凈化、啤酒提純、高級涂料以及樹脂生產(chǎn)或保存等

48、方啤酒提純、高級涂料以及樹脂生產(chǎn)或保存等方面。面。 Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附 精密光學(xué)儀器、電子電器的干燥防霉包裝；精密光學(xué)儀器、電子電器的干燥防霉包裝； 皮具干燥方面，如放置于皮衣、皮袋、皮鞋內(nèi)起到干皮具干燥方面，如放置于皮衣、皮袋、皮鞋內(nèi)起到干 燥保質(zhì)的燥保質(zhì)的 作用；作用； 食品干燥方面，多見于放在餅干及油炸類食品中，以食品干燥方面，多見于放在餅干及油炸類食品中，以 保證食品保證食品 松脆；松脆； 藥品干燥方面，放于藥瓶內(nèi)，確保藥品延長保存期；藥品干燥方面，放于藥瓶內(nèi)，確保藥品延長保存期； 硅膠被經(jīng)常用于以下幾方面：硅膠被經(jīng)常用于以下幾方面： 集裝箱干燥：運輸?shù)募b箱在不

49、同緯度上會形成箱集裝箱干燥：運輸?shù)募b箱在不同緯度上會形成箱 里的里的“內(nèi)雨內(nèi)雨”，如果您使用硅膠干燥劑，它能吸附相，如果您使用硅膠干燥劑，它能吸附相當(dāng)當(dāng) 于自身重量的水于自身重量的水 份，對遠(yuǎn)洋運輸長達(dá)份，對遠(yuǎn)洋運輸長達(dá)50天的過程中，天的過程中， 可以有效地降低露點而使集裝箱的凝水現(xiàn)象得到控可以有效地降低露點而使集裝箱的凝水現(xiàn)象得到控 制。制。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附集裝箱遠(yuǎn)洋運輸或儲存過程中，貨柜往往會經(jīng)歷海洋集裝箱遠(yuǎn)洋運輸或儲存過程中，貨柜往往會經(jīng)歷海洋高濕氣候及較大的晝夜溫差變化。白天鎖閉在貨柜內(nèi)高濕氣候及較大的晝夜溫差變化。白天鎖閉在貨柜內(nèi)的富含水汽的高溫空氣，在夜

50、間由于溫度降低，水汽的富含水汽的高溫空氣，在夜間由于溫度降低，水汽達(dá)到飽和，水蒸汽就達(dá)到飽和，水蒸汽就結(jié)露結(jié)露凝結(jié)成水珠，這就是俗稱的凝結(jié)成水珠，這就是俗稱的 “集裝箱霧雨集裝箱霧雨”。這種液態(tài)的水會對集裝箱內(nèi)貨物或。這種液態(tài)的水會對集裝箱內(nèi)貨物或貨物的外包裝產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前國際上普遍采用貨物的外包裝產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前國際上普遍采用在集裝箱內(nèi)放置集裝箱干燥劑來有效的控制在集裝箱內(nèi)放置集裝箱干燥劑來有效的控制露點露點、吸、吸收空氣中的水份、降低收空氣中的水份、降低貨柜貨柜的濕度，從而防止的濕度，從而防止凝露凝露的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。 集裝箱集裝箱“內(nèi)雨內(nèi)雨”啤酒提純中所用的硅膠稱為啤酒提純中所用

51、的硅膠稱為啤酒硅膠啤酒硅膠Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附啤酒硅膠（簡介）啤酒硅膠（簡介） 啤酒硅膠是一種非晶態(tài)多微孔結(jié)構(gòu)的固體啤酒硅膠是一種非晶態(tài)多微孔結(jié)構(gòu)的固體粉末，孔徑為粉末，孔徑為8-16nm，化學(xué)分子式為，化學(xué)分子式為mSiO2nH2O，不溶于水和任何溶劑，除苛性，不溶于水和任何溶劑，除苛性堿和氫氟酸外，不與任何酸、堿、鹽起反應(yīng)，堿和氫氟酸外，不與任何酸、堿、鹽起反應(yīng)，無毒、無味、不燃燒、不爆炸，具有強的熱、無毒、無味、不燃燒、不爆炸，具有強的熱、冷穩(wěn)定性，對人體無害。主要用于啤酒工業(yè)。冷穩(wěn)定性，對人體無害。主要用于啤酒工業(yè)。 啤酒硅膠（產(chǎn)品特征）啤酒硅膠（產(chǎn)品特征） Ch2

52、.4 固體表面的吸附固體表面的吸附1.啤酒硅膠具有大的比表面和無數(shù)適宜的微孔結(jié)構(gòu)啤酒硅膠具有大的比表面和無數(shù)適宜的微孔結(jié)構(gòu),可能在可能在幾分鐘內(nèi)把造成啤酒渾濁的蛋白質(zhì)吸附，經(jīng)過濾除去，幾分鐘內(nèi)把造成啤酒渾濁的蛋白質(zhì)吸附，經(jīng)過濾除去，可延長啤酒貯藏期可延長啤酒貯藏期180-240天，防止啤酒出現(xiàn)冷渾濁。天，防止啤酒出現(xiàn)冷渾濁。 2.不影響啤酒泡沫和口味。啤酒硅膠的物化性質(zhì)決定了它不影響啤酒泡沫和口味。啤酒硅膠的物化性質(zhì)決定了它對啤酒泡沫和口味毫無影響，實踐也證明了啤酒硅膠是對啤酒泡沫和口味毫無影響，實踐也證明了啤酒硅膠是世界啤酒行業(yè)公認(rèn)的最安全的啤酒穩(wěn)定劑世界啤酒行業(yè)公認(rèn)的最安全的啤酒穩(wěn)定劑。

53、3.提高助濾效果。啤酒硅膠化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不含啤酒可溶提高助濾效果。啤酒硅膠化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不含啤酒可溶物，其表面積和多微孔結(jié)構(gòu)均大大優(yōu)于硅藻土，是很好物，其表面積和多微孔結(jié)構(gòu)均大大優(yōu)于硅藻土，是很好的助濾劑，輔助硅藻土過濾能使啤酒更明亮、更清澈。的助濾劑，輔助硅藻土過濾能使啤酒更明亮、更清澈。 Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附活性碳活性碳多孔型含碳物質(zhì)，主要由各種有機物多孔型含碳物質(zhì)，主要由各種有機物質(zhì)（木、煤、果核、果殼等）經(jīng)炭化和活化制成。質(zhì)（木、煤、果核、果殼等）經(jīng)炭化和活化制成?；钚蕴季哂懈叨劝l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的化學(xué)穩(wěn)活性碳具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。定

54、性和機械強度。應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)。應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)。例如有毒氣體的吸附、各類水溶液的脫色、除臭例如有毒氣體的吸附、各類水溶液的脫色、除臭 水質(zhì)凈化、食品及藥物精制等的應(yīng)用。水質(zhì)凈化、食品及藥物精制等的應(yīng)用。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附l黏土是巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成，組成黏土礦的元素是硅、黏土是巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成，組成黏土礦的元素是硅、氧和鋁，黏土中還含有石灰石、石膏、氧化鐵和其它氧和鋁，黏土中還含有石灰石、石膏、氧化鐵和其它鹽類。鹽類。l黏土具有晶體結(jié)構(gòu)，主要有三種晶格類型，即黏土具有晶體結(jié)構(gòu)，主要有三種晶格類型，即高嶺土高嶺土（Al4（Si4O10）

55、（）（OH）8或或2Al2O34SiO24H2O陶瓷，塑料填陶瓷，塑料填料）、料）、蒙脫石蒙脫石（Al4Mg(Si8O20)(OH)4xH2O吸附劑吸附劑，天然白土、，天然白土、酸化白土）酸化白土） 、凹凸棒土凹凸棒土（Mg5Al(Si8O20)(OH2)44H2O油品油品脫色）。脫色）。l黏土作為固體吸附劑，其吸附機理與不同黏土的晶體黏土作為固體吸附劑，其吸附機理與不同黏土的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)構(gòu)有關(guān)。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附吸附樹脂是一種不含離子交換基團(tuán)的高交聯(lián)度體型高分子吸附樹脂是一種不含離子交換基團(tuán)的高交聯(lián)度體型高分子珠粒子，其內(nèi)部具有許多分子水平的孔道，提供擴散通道和珠粒

56、子，其內(nèi)部具有許多分子水平的孔道，提供擴散通道和吸附場所，具有吸附作用。吸附場所，具有吸附作用。特點特點：（1 1）容易再生，可反復(fù)使用；（容易再生，可反復(fù)使用；（2 2）吸附樹脂的化）吸附樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)較容易人為控制，可根據(jù)不同需要合成結(jié)學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)較容易人為控制，可根據(jù)不同需要合成結(jié)構(gòu)和性能不同的樹脂，因此應(yīng)用范圍廣。構(gòu)和性能不同的樹脂，因此應(yīng)用范圍廣。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：廢水處理；藥物提純、化學(xué)試劑的提純、醫(yī)學(xué)：廢水處理；藥物提純、化學(xué)試劑的提純、醫(yī)學(xué)分析、急性藥物中毒處理，特殊載體等，特殊高性能的吸附分析、急性藥物中毒處理，特殊載體等，特殊高性能的吸附樹脂在廢水有效處理的同

57、時，實現(xiàn)了廢物的資源化。樹脂在廢水有效處理的同時，實現(xiàn)了廢物的資源化。例例: :(1)含酚廢水的處理含酚廢水的處理 (2)染料中間體生產(chǎn)中的廢水處理染料中間體生產(chǎn)中的廢水處理Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附u硅藻土主要由無定型的二氧化硅組成，并含有少量硅藻土主要由無定型的二氧化硅組成，并含有少量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有機雜質(zhì)；及有機雜質(zhì)；u天然硅藻土有特殊的多孔性結(jié)構(gòu)，這種微孔是其具天然硅藻土有特殊的多孔性結(jié)構(gòu)，這種微孔是其具有特征理化性質(zhì)的原因；有特征理化性質(zhì)的原因；u用于保溫材料、過濾材料、填料、吸附劑。用于保溫材料、過濾材料、填料、吸附劑。Ch2.4 固體表

58、面的吸附固體表面的吸附v分子篩是以分子篩是以SiO2和和Al 2O3為主要成分的結(jié)晶硅酸為主要成分的結(jié)晶硅酸鹽，具有均一微孔結(jié)構(gòu)而能將不同大小的分子分鹽，具有均一微孔結(jié)構(gòu)而能將不同大小的分子分離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催化劑。離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催化劑。v分為天然和合成兩類分為天然和合成兩類v用作吸附劑（干燥、純化、有效分離某些氣體或用作吸附劑（干燥、純化、有效分離某些氣體或液體混合物），也可用作催化劑。液體混合物），也可用作催化劑。Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附 分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，主要由硅分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，主要由硅鋁通過氧橋

59、連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均鋁通過氧橋連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部穴直徑大小均勻，

60、能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來，而把比孔道大得分子排斥在外中來，而把比孔道大得分子排斥在外, ,因而能把形狀直徑大小不因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有不同的分子分離開來，即具有“篩分篩分”分子的作用，故稱為分分子的作用，故稱為分子篩。子篩。 Ch2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附氣體行業(yè)常用的分子篩型號：氣體行業(yè)常用的分子篩型號：A型型:鉀鉀A(3A),鈉鈉A(4A),鈣鈣A(5A),X型型:鈣鈣X(10X),鈉鈉X(13X)Y型型:,鈉鈉Y,鈣鈣YA型的硅