固體表面吸附

1、關(guān)于固體表面吸附第一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月思考題表面活性劑具有的那些重要性質(zhì)，與表面活性劑的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)系嗎？表面活性劑為什么能在表面形成表面吸附和定向排列？什么情況下，表面活性劑會在溶液中形成膠束？為什么氣泡、液滴和肥皂泡都是球型？它們受到的附加壓力相等嗎？為什么氣泡比肥皂泡容易破裂？純液體、溶液和固體各采用什么方法來降低表面能以達到穩(wěn)定狀態(tài)？第二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.7 固體表面上的氣體吸附作用 Adsorption on solid surface 1. Surface energy of solids and adsorption on s

2、urface of solidsSolid Na Ag NaCl MgO 石蠟 聚乙烯 云母/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400大多數(shù)固體比液體具有更高的表面能 第三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 固體表面的氣體與液體有在固體表面自動聚集，以求降低表面能的趨勢。 2. Basic concepts (1) adsorbent(吸附劑) and adsorbate (吸附質(zhì)) 固體表面的氣體或液體的濃度高于其本體濃度的現(xiàn)象，稱為固體的表面吸附。廣泛的應(yīng)用：干燥劑、防毒面具、脫色劑、色譜、污水處理、催化劑、第四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2

3、022年6月(2) adsorption equilibrium S + G At equilibrium : ra = rdra : rate of adsorptionrd : rate of desorption (3) Amount adsorbed (吸附量） SGadsorption desorption第五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) Adsorption curves(a) 吸附等溫線For a given adsorbent and adsorbatepT1T2T3第六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月pppp第七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于202

4、2年6月(b) 吸附等壓線(c) 吸附等量線p1 p2 p3TpT1 23第八張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（5） 物理吸附和化學(xué)吸附 Physical adsorption and chemical adsorption 物理吸附和化學(xué)吸附的比較 物理吸附 化學(xué)吸附吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力吸附熱 較小(液化熱) 較大選擇性 無選擇性 有選擇性穩(wěn)定性 不穩(wěn)定,易解吸 穩(wěn)定分子層 單分子層或多分子層 單分子層吸附速率 較快, 較慢. 受溫度影響小 受溫度影響大第九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. Adsorption isothermal equations(1) L

5、angmuir equation (1916)(a) Adsorption is monolayer. (b) The surface of solid is uniform. (c) There is not interacting force among the molecules adsorbed.Basic assumptions:第十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Considered adsorption as a reaction G + S SGkakdka , kd : 分別為吸附和解吸(脫附)過程的速率 系數(shù)吸附速率：p ：被吸附氣體的壓力：表面覆蓋率(fract

6、ion of the surface covered)1- : 表面空白率(fraction of the surface vacancy)脫附速率：第十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月或Langmuir isothermal adsorption equation a= ka/kd : 吸附系數(shù)(adsorption coefficient) (吸附平衡常數(shù)）第十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Discussion:(a) isotherm: at low pressure , ap1,ap, p at high pressure, ap1, 1, = maxmax:

7、 saturated amount of adsorption (即固體表面全部鋪滿一層氣體分子時的吸量) pmax第十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (b) 方程式可改寫為:以p/(或p/V)對p作圖,可求max(Vmax) 和a.pP/V第十四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Ha : 等壓吸附熱(adsorption heat at constant pressure)In general Ha 0 T ， a， 第十五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Tp第十六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 Dissociation of adsorbateA

8、2 + 2S = 2AS(d) Other situations第十七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) Freundlich equation本式原為經(jīng)驗方程式, k、n為經(jīng)驗常數(shù)后在下述假設(shè)模型下，自理論導(dǎo)出（a) 吸附為單分子層吸附 (b) 固體表面是不均勻的第十八張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) Temkin equation理論模型：(a) 單分子層吸附(b) 固體表面是不均勻的 Ha= H0 - A第十九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 adsorption of multi - component A + S = AS bA, A B +

9、S = BS bB , B第二十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）BET(Brunauer-Emmett-Teller) equation (1938)Basic assumption (a) Adsorption is multilayer (b) Surface is uniform and there is not interacting force among the molecules adsorbed.(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to the condensed he

10、at of gas.第二十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Vm: saturated amount of monolayer adsorptionc : constant dependent on adsorption heatpv : saturated vapor pressure of adsorbat liquid at adsorption temperature BET方程（吸附層數(shù)沒有限制）第二十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月BET方程（吸附僅限于 n層） 第二十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Discussion:(二參數(shù)方程:) 使用范圍

11、: p/pv=0.05 0.35 方程可改寫為:用p/V(pv-p) 對 p/pv 作圖,得一直線,從直線的斜率和截距可求 Vm與c. BET方程的應(yīng)用: 測定固體(催化劑)的比表面積第二十四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.固-氣界面吸附的影響因素（1） 溫度 氣體吸附為放熱過程，溫度升高，吸附量減少。物理吸附，一般溫度控制在氣體的沸點附近。化學(xué)吸附為表面化學(xué)反應(yīng)，溫度影響吸附量、吸附速率、吸附類型（2）壓力 壓力增加，無論化學(xué)吸附或物理吸附，吸附量和吸附速率都增加第二十五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)極性吸附劑易于吸附極性吸附質(zhì)非極性吸附劑

12、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，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)，反之亦然吸附劑的孔隙大小，影響吸附量和吸附速率第二十六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月固-氣吸附的實驗研究方法吸附量測定的實驗方法BET質(zhì)量法（石英彈簧稱法）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伸暢長（通過測高儀測量）來計算吸附量。流動法連續(xù)流動色譜法“干燥器”法測定樣品對水蒸氣的吸附量第二十七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月常用吸附劑介紹吸附劑的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)密度、比表面積、孔體積、平均孔半徑、孔徑分布、粒度常見吸附劑（1）硅膠硅

13、膠是無定型氧化硅水合物，為極性吸附劑，主要用做干燥劑，催化劑載體，可自非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)第二十八張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）活性炭活性碳多孔型性含碳物質(zhì)，主要由各種有機物質(zhì)（木、煤、果核、果殼等）經(jīng)炭化何活化制成。活性碳具有高度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護、食品工業(yè)。例：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各種廢水處理。第二十九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）吸附樹脂（樹脂吸附劑）吸附樹脂是一種不含離子交換集團基團的高交聯(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

14、道和吸附場所，具有吸附作用。特點：（1）容易再生，可反復(fù)使用；（2）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)構(gòu)和性能不同的樹脂，因此應(yīng)用范圍廣。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)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時，實現(xiàn)了廢物的資源化。例：（1）含酚廢水的處理（2）染料中間體生產(chǎn)中的廢水處理第三十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）黏土黏土經(jīng)風(fēng)華作用形成，組成黏土礦的元素是硅、氧和鋁，黏土中還含有石灰石、石膏、氧化鐵和其它鹽類。黏土具有晶體結(jié)構(gòu)，主要有三種晶格類型，既高齡石、蒙脫石、伊利石。黏土作為固體

15、吸附劑，其吸附機理與不同黏土的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)用廣泛第三十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（5）硅藻土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)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)的原因用于保溫材料、過濾材料、填料、吸附劑第三十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（6）分子篩分子篩是以SiO2和Al 2O3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離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催化劑。分為天然和合成兩類用作吸附劑（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。第三十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（7）活性氧化鋁活性氧化鋁是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧化鋁，其化學(xué)組成為Al 2O3.xH 2O,也稱水合氧化鋁.多孔結(jié)構(gòu)來源于氫氧化鋁脫水形成的微孔和顆粒間隙.廣泛用于煉油、橡膠、化肥、石油化工中的吸附劑、干燥劑、催化劑和載體。第三十四張，P