氣體在活性炭表面吸附作用

氣體在活性炭表面吸附作用

詹存源(華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院廣州510631)摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了活性炭產(chǎn)生表面吸附的原因和理論，以及影響吸附作用的一些因素，最后舉了一個(gè)活性炭吸附氣體的實(shí)際例子。關(guān)鍵詞：固體表面吸附活性炭影響因素 一、固體表面產(chǎn)生吸附作用的原因 固體表面上的原子或分子存在著不均衡的力場(chǎng)，這使得固體表面具有了表面張力和表面能。但固體分子或原子不能自由移動(dòng)，因此，固體表面不像液體那樣易于縮小和變形。然而，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，所以只能靠降低界面張力的辦法來(lái)降低表面能，這就是固體表面能產(chǎn)生吸附作用的根本原因。[1]二、活性炭的表面吸附作用目前固體吸附劑采樣得到了廣泛應(yīng)用。美國(guó)職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所(NIOSH)頒布的用固體吸附劑采樣，其中活性碳作為固體吸附劑占31.0%，我國(guó)1990年出版的《車間空氣監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)方法》第3版中占36.1%;2003年出版的《車間空氣監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)方法》第4版中占50.0%，為固體吸附劑應(yīng)用最多的一種?；钚蕴恐阅墚a(chǎn)生吸附，主要原因是固體表面上的原子力場(chǎng)不飽和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能?；钚蕴康奈阶饔脤儆谖锢砦?，吸附力是分子間力(vanderWaals力)，它相當(dāng)于氣體分子在固體表面上的凝聚，吸附無(wú)選擇性，吸附熱接近于液化熱(0?20kJ?mol—1)，吸附速度快，易平衡，而且不需要活化能，吸附層是單或多分子層，吸附具有可逆性。［2］ 三、氣體在固體上的吸附理論 固體對(duì)氣體的吸附理論研究認(rèn)為：化學(xué)吸附總限于單分子層吸附，放出的吸附熱近似為化學(xué)反應(yīng)熱，通常大于45kJ/mol,并且吸附帶有選擇性，這是因?yàn)閺?qiáng)烈化學(xué)鍵的作用。而范德華力作用的物理吸附一般是多分子層的，吸附熱一般小于25kJ/mol,吸附的效果只有在吸附物沸點(diǎn)附近才十分顯著。在一定溫度下，壓力超過(guò)0.01p/p0時(shí)才能有明顯的吸附效果，形成單分子層飽和吸附(即圖1-b中B點(diǎn))的壓力范圍大約在0.1p/p0左右。多孔介質(zhì)吸附認(rèn)為，由于吸附時(shí)空隙內(nèi)充滿液體，等溫線符合圖1-d,圖1-e的曲線，具有最終的飽和點(diǎn)。最有代表性的吸附理論是Langmuri與BET理論,L理論可成功解釋1-a類等溫線，而BET理論是可以定性與半定量解釋吸附過(guò)程的最成功的理論，幾乎可完全定性的解釋Fredlich歸納出的五類吸附曲線。［3］從試驗(yàn)測(cè)得的許多吸附等溫線看，大多數(shù)固體對(duì)氣體的吸附并不是單分子層的，尤其物理吸附基本上都是多分子層的吸附。1938年Brunauer、Emmett和Teller三人在Langmuir單分子層吸附理論的基礎(chǔ)上，提出 多分子層吸附理論，簡(jiǎn)稱BET吸附理論。 多分子層吸附理論基本觀點(diǎn)認(rèn)為朗格繆爾的兩個(gè)假設(shè)：氣體分子碰在已被固體表面吸附的氣體分子上是彈性碰撞，只有碰在空白的固體表面上時(shí)才被吸附，即吸附是單分子層的。被吸附的氣體分子從固體表面躍回氣相的或然率不受周圍氣體分子的影響，即不考慮氣體分子間的相互作用力是成立的。他們的改進(jìn)之處是認(rèn)為表面已吸附了一層分子之后，由于氣體本身的范德