固液界面的吸附
胶体化学第7章-2 固液界面的吸附作用
对稀溶液，Gibbs等温式可写作
c n RT c S
S :固体的比表面
将（１）式代入求导
Sc ( 0 m ) dn n s RT n dc
s 2
s 2
作不定积分
n RT ln n ln c ln a ( 0 m )S
s 2
s
set
n s RT 1 ( 0 m )S n
n ac
s 2
1
n
加而直线降低的关系导出的 关系式，只适用于中等覆盖度的化学吸附或物理 吸附。
1 =n / n ln Ac a s n2 k1 k2 ln c
s 2 s m
四、自电解质溶液中的吸附
1. 固体表面与介质在液体介质中带电
a.表面基团解离 b.吸附带电 c.非水介质中的带电... 为了保持荷电固体和介质的电中性，介质中的 与固体表面电荷符号相反的离子必将靠近表面 形成双电层（double layer）。
四、自电解质溶液中的吸附
2 双电层
Stern面
滑动面
－ － 溶剂分子 － 反离子 － －
表面电势
φ0
Stern电势
φδ
ζ
＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－
－
紧密层（Stern层）
扩散层
例：AgNO3＋过量KCl →AgCl（晶体）＋K+＋Cl-＋NO3-
①Cl-可在AgCl晶体上吸附成牢固的化学结合
b 结构影响 ： 碳自水溶液中吸附量 在水中的溶解度
（2）溶剂影响
溶剂/溶质作用强烈，溶解度上升，吸附量降低 溶剂/吸附剂作用强烈，竞争吸附，吸附量降低
（3）吸附剂影响
水质工程学——第8章 吸附
外部扩 散速度
与吸附剂的比表面积的大小成正比 吸附剂颗粒直径越小，速度越快 增加溶液与颗粒间的相对运动速度， 加强搅动
孔隙扩 散速度
吸附剂颗粒越小，速度越快
四、 吸附的影响因素
1.吸附剂
吸附剂的种类
颗粒大小 比表面积
颗粒的细孔构造与分布
吸附剂是否是极性分子
2.吸附质的性质
溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响 表面自由能：使液体表面自由能W降低得越多的吸附质 则越容易被吸附 极性 极性吸附剂易吸附极性的吸附质。 非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质（物以类聚） 吸附质分子的大小和不饱和度 活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物 合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物 吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量 以后C↑，q增加很小，直至为一定值。
第八章 吸 附
吸附性能与吸附过程 吸附等温线 吸附速度 吸附的影响因素 吸附操作方式
一、吸附性能与吸附过程
吸附
固 液 界 面 上 的 吸 附 — 在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓 集的现象。
具有吸附能力的多孔性固体物质。 吸附剂 主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅 藻土、焦炭、木炭等。
吸附质
水中被吸附的物质。
可以根据吸附容量的计算公式来求吸附质由浓度C0降到Ce
所需要投加吸附剂的量。
静态吸附试验只能提供初步的可行性数据，不能模拟动态
吸附柱系统，也不能反映竞争吸附。
三、吸附速度
1.概念
v q/t
单位：g /( g min)
吸附速度v决定了水和吸附剂的接触时间，v越大， 则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。
V (C0 Ce ) q W
式中：V—水样容积，(L) W—吸附剂（活性炭）投量，g C0—水中吸附质浓度(g/L) Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 (g/L) —平衡浓度
固液界面上的吸附实验报告
固液界面上的吸附实验报告实验报告：固液界面上的吸附实验摘要：本实验通过在固液界面上添加阳离子合金作为吸附剂，对水中的阴离子络合物进行吸附实验。
研究发现，合金的添加可以提高水中阴离子络合物的去除效率，并且该效果随着吸附剂的浓度的增加而增强。
同时，本实验还研究了吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律。
结果显示，吸附动力学方程可以较好地解释吸附的动力学过程，而吸附异构体的变化与吸附剂的浓度和水体性质密切相关。
引言：水体中的阴离子络合物对水资源的污染和环境的破坏有着重要的影响。
如何高效地去除水中的阴离子络合物是环境保护领域的一个热点问题。
其中，吸附法是一种高效、经济、环保的水处理方法。
过去的研究表明，合金等吸附剂在水中可以与阴离子络合物发生吸附作用。
实验装置：本次实验使用实验装置包括：α-ζ电位电解器、流速计、电子秤、pH计、离子色谱仪和定量分析器等。
实验流程：1. 收集水样并进行初步处理；2. 调整实验环境，并将阳离子合金分别添加到水中；3. 测量实验前后水体中阴离子络合物的浓度，并计算去除效率；4. 测定吸附剂浓度、吸附时间等参数，并通过吸附动力学方程进行拟合；5. 分析吸附剂的异构体变化规律。
实验结果：1. 吸附剂的添加可以提高阴离子络合物的去除效率，并呈现出浓度依存性增强的趋势；2. 吸附动力学方程可以较好地解释吸附过程的动力学机制；3. 吸附异构体的变化规律与吸附剂浓度和水体性质密切相关。
讨论：本实验验证了阳离子合金可作为水处理的一种有效吸附剂，具有吸附效率高和去除效果好的特点。
同时，吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律可以深入研究吸附剂与水体中阴离子络合物之间相互作用的机理，为设计和制造更高效的吸附剂提供了理论支持。
结论：本实验使用阳离子合金作为吸附剂，在水中对阴离子络合物进行吸附实验。
结果发现，在一定的实验条件下，阳离子合金具有较好的吸附效果，并且吸附效果随着吸附剂浓度的增加而增强。
同时，吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律可以较好地解释吸附机理，为设计更高效的吸附剂提供理论支持。
固液界面的吸附
固液界面的吸附————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验四 固液界面上的吸附一．实验目的１. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。
2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线,求出Freu ｎd ｌic ｈ等温式中的经验常数。
３. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附,验证弗伦特立希（Ｆreund ｌich)吸附等温式对此体系的适用性。
二、实验原理(一)计算依据：当一溶液与不溶性固体接触时,固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同,即在固-液界面发生了吸附作用。
由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。
Γ=Ｖ(C 0－C)／m (1）式中:m ——吸附剂的质量(g)Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度(1-⋅L mol ) Ｃ０——被吸附物质的初始浓度(1-⋅L mol )V ——所用溶液的总体积(L ）在 Ｖ 、C ０ 、m 已知的情况下,Γ和C 的关系如何呢?活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下,它在中等浓度溶液中的吸附量与溶质平衡浓度的关系，可用Freun ｄlich 吸附等温式表示:Γ＝n kC mx1=（2)式中：m ——吸附剂的质量（g ）x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量(mo ｌ）mx ——平衡吸附量(1-⋅g mol )Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1-⋅L mol ）ｋ、n ——经验常数(与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。
将式（２）取对数,得k C nm x lg lg 1lg += (3) 以mxlg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和ｋ。
（二)本实验操作原理:本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freu ｎdl ｉｃh 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和ｋ:Na ＯH+ＨAc ＝=ＮaAc+Ｈ2O根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知ＨAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。
固液界面上的吸附实验报告
固液界面上的吸附实验报告固液界面上的吸附实验报告引言固液界面上的吸附现象是物理化学领域中的一个重要研究方向。
通过吸附实验，我们可以了解物质在固液界面上的吸附行为及其影响因素，从而为解决环境污染、材料制备等问题提供理论依据和实验指导。
本报告将介绍我们进行的一系列固液界面吸附实验及其结果。
实验一：吸附剂的选择与影响因素在第一组实验中，我们选择了不同类型的吸附剂，包括活性炭、硅胶和分子筛，并研究了不同因素对吸附效果的影响。
首先，我们对比了不同吸附剂在吸附有机染料溶液中的效果。
结果显示，活性炭对染料的吸附效果最好，其次是硅胶，而分子筛的吸附效果较差。
这可能是由于活性炭具有较大的比表面积和孔隙结构，有利于染料分子的吸附。
同时，我们还发现吸附剂的颗粒大小和形状对吸附效果也有一定影响，颗粒较小的吸附剂表现出更好的吸附性能。
其次，我们研究了溶液初始浓度、pH值和温度对吸附效果的影响。
实验结果表明，随着溶液初始浓度的增加，吸附剂的吸附量也随之增加，但吸附速率却逐渐减慢。
pH值对吸附效果有显著影响，一般情况下，pH值越低，吸附效果越好。
温度的变化对吸附效果的影响较小，但在一定范围内，温度升高可以提高吸附速率。
实验二：吸附动力学与等温吸附模型在第二组实验中，我们研究了吸附动力学和等温吸附模型。
首先，我们进行了吸附动力学实验，通过测定吸附剂对染料的吸附量随时间的变化，得到了吸附速率常数。
结果显示，吸附速率常数随着初始浓度的增加而增大，但随着温度的升高而减小。
这与实验一的结果一致，说明吸附速率受到溶液浓度和温度的影响。
其次，我们使用了Freundlich和Langmuir等温吸附模型来描述吸附过程。
实验数据拟合结果显示，Freundlich模型适用于活性炭和硅胶的吸附过程，而Langmuir模型适用于分子筛的吸附过程。
这说明吸附剂的吸附机制可能有所不同，需要根据具体情况选择适合的模型。
实验三：吸附剂的再生与循环利用在第三组实验中，我们研究了吸附剂的再生与循环利用问题。
表面活性剂在固液界面的吸附作用
研究不足与展望
需要进一步研究多种表面活性剂的相互作用
目前的研究主要集中在单一表面活性剂在固液界面的吸附，而实际应用中常常涉及到多种表面活性剂的共存和相互作 用。因此，未来研究需要深入探讨多种表面活性剂在界面上的竞争吸附、协同作用和相互影响。
表面活性剂吸附与界面流变学的关联
虽然我们已对表面活性剂吸附对界面性质的影响有了一定了解，但界面流变学行为与表面活性剂吸附之间的具体关系 仍不明确。未来研究应关注这一领域，以更好地理解界面流变性质与微观结构之间的关系。
选择了几种常见的表面活性剂，如阴离子 型、阳离子型和非离子型。
制备了不同浓度的表面活性剂溶液，以便 观察浓度对吸附效果的影响。
实验设备
实验步骤
采用了原子力显微镜（AFM）和表面张力仪 等设备，以测量表面活性剂在固液界面上的 吸附情况。
先对实验材料进行预处理，然后将表面活 性剂溶液与固体表面接触一定时间，最后 对实验结果进行分析。
吸附热力学参数
通过热力学实验测定，包括表面张力、吸附量、吸附热等。
表面活性剂在固液界面的吸附动力学
吸附速率
表面活性剂在固液界面上的吸附速度取决于扩散和反 应动力学过程。
动力学模型
描述吸附速率的数学模型，如扩散模型、反应模型等。
影响因素
包括表面活性剂的性质、溶液浓度、温度和界面结构 等。
表面活性剂在固液界面的吸附模型
降低表面张力
表面活性剂在固液界面吸附后，可以 降低液体表面张力，有助于润湿、乳 化、发泡等过程。
增强分散稳定性
在固液分散体系中，表面活性剂吸附 在固体颗粒表面，形成保护膜，防止 颗粒聚集，提高分散稳定性。
提高固体表面的润湿性
通过固液界面吸附，表面活性剂能够 改变固体表面的润湿性，使其易于被 液体润湿。
固液界面化学反应机理
固液界面化学反应机理固液界面化学反应是指在固液界面上进行的化学反应。
它具有重要的应用价值，如在能源转换、环境控制、材料制备、生命科学等领域。
固液界面化学反应的机理包括吸附、表面化学、界面扩散、反应动力学等多个方面。
一、吸附过程在固液界面化学反应中，吸附过程是首先发生的。
吸附是指分子或离子与一种固体表面相互作用以形成一个化学吸附层的过程。
吸附现象对于固液界面化学反应机理的研究至关重要。
吸附过程可以通过浸润实验和吸附等温线来研究。
具体而言，浸润实验是通过将液体缓慢滴入固体表面，观察其润湿情况来确定吸附现象。
而吸附等温线则是通过测量在一定温度下吸附剂与固体表面吸附的平衡浓度，获得吸附等温线。
二、表面化学表面化学是指化学在分界面或界面区域中发生的各种化学反应。
此处的“化学反应”包括化学键的形成与断裂、化学吸附等等。
这些反应很大程度上影响了固液界面的性质。
表面化学方法可以通过表面活性剂和表面电荷密度的研究来表征，也可以通过X射线光电子能谱等技术来研究。
三、界面扩散界面扩散是指在固液界面上，溶液中的物质从液相向固相的扩散过程。
固液界面中存在着液相分子和固相分子间的接触，因而使得溶液中的物质向固相扩散。
界面扩散过程对于固液界面化学反应过程的影响非常明显，因此，在固液界面化学反应论文中几乎都会涉及界面扩散。
四、反应动力学反应动力学是指化学反应过程中，反应物消耗或生成的速度以及化学反应机制的研究。
在固液界面化学反应中，反应动力学是研究液-固反应过程速率的一个方面。
它的研究旨在了解物质扩散和反应速率的规律，提高反应速率和反应效率并探究化学反应的机理。
总之，固液界面化学反应机理的研究对于理解固液界面交互作用、提高反应速率和效率以及探究化学反应机理方面具有重要的实用价值。
在固液界面化学反应的研究中，需要系统的考虑吸附、表面化学、界面扩散和反应动力学等多个方面。
固液界面的吸附
实验四 固液界面上的吸附一．实验目的1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。
2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich 等温式中的经验常数。
3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。
二、实验原理(一)计算依据：当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。
由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。
Γ=V （C 0-C ）/m (1) 式中：m ——吸附剂的质量（g ）C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1-⋅L mol ） C 0——被吸附物质的初始浓度（1-⋅L mol ） V ——所用溶液的总体积（L ）在 V 、C 0 、m 已知的情况下，Γ和C 的关系如何呢？活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich 吸附等温式表示：Γ=n kC mx1=(2)式中：m ——吸附剂的质量（g ）x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol ）mx ——平衡吸附量（1-⋅g mol ）C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1-⋅L mol ）k 、n ——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。
将式（2）取对数，得k C nm x lg lg 1lg+= (3) 以mxlg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和k 。
（二）本实验操作原理：本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freundlich 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k ：NaOH+HAc==NaAc+H 2O根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知HAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。
第五节表面活性剂在固液界面上的吸附
第五节表面活性剂在固液界面上的吸附第五节表面活性剂在固/液界面上的吸附一、表面活性剂在固/液界面吸附的机理在浓度不大的水溶液中，一般认为表面活性剂在固体表面的吸附是以单个表面活性剂的离子或分子进行的。
吸附可能以下述一些方式进行。
(一)离子交换吸附吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性剂的离子取代。
（二）离子对吸附表面活性剂离子吸附于具有相反电荷的、未被离子所占据的固体表面位置上。
（三）氢键形成吸附表面活性剂分子或离子与固体表面极性基团形成氢键而吸附。
(四)π电子极化吸附吸附质分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互吸引而发生吸附。
（五）London引力（色散力）吸附吸附作用随吸附质分子增大而增加，而且在任何场合皆发生。
所有吸附类型中皆存在，可作为其它吸附的补充。
此种吸附机理可以说明表面活性剂离子在离子交换吸附中取代同电性无机离子的原因。
（六）憎水作用吸附表面活性剂亲油基在水介质中易于相互联结形成“憎水链”，具有逃离水的趋势，当浓度增大到一定程度时，有可能与吸附在表面的其它表面活性剂分子聚集而吸附，或以聚集状态吸附于表面。
二、表面活性剂溶液的吸附等温线表面活性剂在固体表面上的吸附等温线有以下三种：（一）Langmuir 型吸附等温线例如表面活性剂C16H33N(CH3)3Br在炭黑上的吸附，如图9-12。
平衡浓度/m mol/L图9-12 C16H33N（CH3）3Br在炭黑上的吸附可用Langmuir公式表示：（9-12）式中，n 2S ——表面活性剂在固体表面吸附量；n m S——表面单分子饱和吸附量；a ——常数；C ——表面活性剂溶液浓度。
将（9-12）式直线化得：（9-13）或将（9-12）式变为：（9-14）根据（9-13）式以1/n 2S 对1/C 作图，直线斜率=a/n m S ，截距=1/n m S ，可求得n m S 和a 值。
同理根据（9-14）式以C/n 2S 对C 作图可求出n m S 和a 值。
第4章 表面活性剂在固液界面的吸附作用
4.1 固体自稀溶液中吸附的特点
4.1.2 稀溶液吸附 3.吸附量及其测定 (1)固体自溶液中的吸附量测定(浓差法)： 对于二组分稀溶液，一般的关系是：
n0 x2 2 x1 1 x2 m
式中，Δx2=x20-x2，x代表溶液中的摩尔分数，下标1 和2分别表示溶剂和溶质，下标0表示吸附前溶液的数量， n代表物质的量，m代表吸附剂的量。
10
4.1 固体自稀溶液中吸附的特点
4.1.1 固体表面特点 3. 固体表面的电性质 固体与液体接触后可因多种原因而使固体表面带 有某种电荷，原因如下： (1)电离作用 硅胶在弱酸性和碱性电解质中，表面硅酸电离而 使其带负电 活性炭表面的一些含氧基团在水中也可电离，在 中性介质中通常带负电
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概述
吸附剂: 具有吸附能力的固体物质。 吸附质: 被吸附的物质。 在研究表面活件剂在固液界面吸附时通常把表面 活性剂叫做吸附质，固体叫做吸附剂。 注意: 吸附只发生在相界面上，被吸附的物质并 不进入到固体内部，否则就称为吸收。如镍-氢电 池中储氢材料对氢气的吸收等,而非简单的吸附。 物理吸附: 吸附剂与吸附质之间以范德华力相互 作用而发生的吸附。
132固体自稀溶液中吸附的特点固体表面特点低表面能固体和高表面能固体固体表面能mjm固体表面能mjm聚六氟丙烯18聚对苯二甲43聚四氟乙烯195石英325石蜡255氧化锡440聚乙烯355184010132固体自稀溶液中吸附的特点固体表面特点固体表面的电性质固体与液体接触后可因多种原因而使固体表面带有某种电荷原因如下
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4.1 固体自稀溶液中吸附的特点
4.1.1 固体表面特点
3. 固体表面的电性质 (2)选择性吸附 有些固体优先自水吸附H+或OH-而使其带正电或 负电。
固-液界面吸附理论概述
固-液界面吸附理论概述1.2。
1固-液界面吸附现象固液吸附作为一种重要的物理化学现象，在环境科学研究中具有非常重要的应用价值。
深入研究固液吸附行为不仅能为阐明污染物在环境中的滞留、分布、迁移、转化及归宿规律提供重要的理论基础，而且能够为新型吸附剂的开发与工程应用提供有效的理论指导[6]。
固体表面具有分子（原子）移动困难，表面不均匀，表层、内部组成不同等特点，而固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能、吸附行为。
根据吸附分子与固体表面的作用力的性质不同，可以把吸附分为物理吸附和化学吸附两类。
就吸附本质来说，物理吸附的作用力是范德华力（Van der Waals ）引力，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，没有原子重排等。
此类吸附的吸附速率和解吸速率都很快，是一种可逆过程，且一般不受温度的影响。
化学吸附的本质是在固体表面与吸附物之间形成了化学键。
它的吸附与解吸速率都较小，大多数情况下属于不可逆过程，而且温度升高时吸附（和解吸）速率增加。
化学吸附需要活化能，而物理吸附却不需要活化能。
因此物理吸附在低温时即能发生，而化学吸附都需要较高的温度[7]。
吸附质在固-液界面的吸附是一个比较复杂的过程，受很多因素影响，主要包括：（1）吸附剂的物化性质；（2）溶液体系的性质，如酸度、离子强度等；（3）吸附质本身的性质；（4）其他因素，如固液比、环境状况等等[8]。
1.2.2吸附动力学吸附动力学是判断吸附是否达到平衡的有效方法，在核素迁移、扩散及很多方面都有着广泛的应用。
从早期的一级可逆动力学模型到后来的准一级、准二级动力学模型，吸附动力学建模理论在实践中不断得到发展和完善。
目前被广泛采用的是准一级[9]和准二级动力学模型[10]。
（一）准一级动力学模型[8]准一级吸附动力学方程定义为：在给定条件下，吸附质在固体表面的吸附速率与给定时间内吸附质在固体表面的吸附增量成正比，数学表达式为：)(d 1t e t q q k dtq -= （1-1） 其中，q t ，q e 分别为吸附质在t 时刻和吸附平衡时在固体表面的吸附量，单位为mg/g 或mmol/g ；k 1为条件速率常数，单位为h -1。
4第四章--固液界面解析
LG
r cos y
(5-22)
式中θy为Young接触角，上式叫做Wentzel方程。它表明粗糙表面的 cosθw的绝对值总比平滑表面的cosθy大。
（1）当θy<90°时，表面粗糙化将使接触角更小。 润湿性更好。 （2）当θy>90°时，表面粗糙化将使接触角变大。
润湿性更差。
（3）由式5-22可以估算实验的误差，例如：
图5-11 浸润曲线
充填率ξ =0.47~0.53
Wl l cos m 2 t H W f Ap l
3 2
以 m 2 ~t 作图，可得直线。该直线的斜率 即为（5-20）式中t的系数。由斜率即可 求出接触角θ。
接枝改性丙纶的接触角
1.7.5 接触角的滞后现象
1 前进角和后退角 前进角θa 最大前进角θa,max 后退角θr 最小后退角θr,min
2. Young方程
SG SL LG cos
(5-1)
dASL dASG dALG cos dASL
图5-2 Young方程的推导
从能量观点推导Young方程（如图5-2）
系统自由焓的变化
dG LG dALG SG dASG SL dASL
在理想光滑、组成均匀的表面上的平 衡接触角就是Young氏角。许多实际表 面都是粗糙的或是不均匀的，液滴可 以处在稳定平衡态（即最低能量态）， 也可处于亚稳平衡态，即出现接触角 的滞后现象。
引起接触角滞后的原因 固体表面的粗糙度 固体表面的不均匀性和多相性 固体表面的污染
2由于表面粗糙引起的滞后
当θ=10o时，若r=1.02，则θy-θw=5o；
（3－23）
n=∞，上式成为二常数式；
吸附(固-液界面吸附)
—吸附法 adsorption
学习内容
1. 吸附法概述 2. 吸附原理 3. 吸附剂 4. 吸附工艺过程及设备 5. 吸附剂的再生 6. 吸附法在废水处理中的应用
1. 吸附法概述
1.1 吸附的定义 在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。
或者 某种物质(离子或分子) 在另一种物质表面或微孔内积聚 的现象。
a.深度处理 b.可回收有用物料 c.进水预处理要求高 d.运转费用贵
2. 吸附原理
2.1 吸附的分类与机理
没有选择性
物理吸附
靠分子间力产生的吸附
多分子层吸附
吸附剂的比表面积 和细孔分布影响大
化学吸附 由化学键力引起的吸附
有选择性
单分子层吸附
交换吸附 正负电荷间静电引力引起
表面化学性质和 化学性质影响大
吸附往往几种吸附综合作用的结果，可能存在以某种吸附为主。
2.2 吸附平衡与吸附等温式 2.2.1基本定义
1.吸附量q (g /g) 衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，单位重 量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g）。
q V (C0 C) W
式中：V—废水容积； W—吸附剂用量，g; C0—废水吸附质浓度（g/L）; C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L).
2.吸附平衡 当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在单 位时间内吸附数量等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的 浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附 平衡，此时吸附质在溶液的浓度C叫平衡浓度。
3.平衡吸附量：达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量 （mg/g）。
q e=V(C0-Ce)/W
取倒数：
固液界面上发生的化学反应与化学吸附的区别
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟固液界面上发生的化学反应与化学吸附的区别浮选过程中所发生的界面现象十分复杂，除了物理吸附、润湿现象、吸附现象、电现象外，在矿粒表面及矿浆内部还发生各种化学吸附和化学反应。
如何区别化学反应与化学吸附呢？由于固体和液体间的化学反应先从矿粒表面开始，所以可以认为，表面吸附是化学反应的前提，化学反应是化学吸附的继续，但化学吸附与化学反应的作用力都是化学键。
化学吸附在药剂浓度较低时发生，而且吸附后不形成新的化合物，不破坏固相原来的晶格。
而化学反应一般在药剂浓度较高时才能发生，并往往破坏固相表面原来的晶格，产生晶格质点重排的现象。
如硫离子S2-在白铅矿表面发生的化学反应：界面界面PbCO3]PbCO3+S2-→PbCO3]PbS↓+CO22-内部表面内部表面（反应后）在白铅矿表面生成PbS 的薄膜，是由于S2-浓度和Pb2+浓度的乘积大于PbS 在水中的溶度积之故。
反应中，开始生成的PbS 的表面化合物极薄，后来白铅矿表面附近晶格中的CO32-继续被S2-置换，逐渐形成有一定厚度的PbS 薄膜。
此时，白铅矿的晶格被破坏，产生了硫化铅的新晶格。
当然，药剂在矿物表面作用的形式很多，在不同条件下，有着不同的作用形式。
例如，油酸与铁矿物的作用，如果药剂的浓度低，当pH 值又有利于药剂解离成离子时，则发生单个粒子吸附，否则发生分子吸附。
药剂的浓度高时，发生半胶束吸附。
由于矿粒表面的不均匀性，在表面不同部位的残留键力也有较大差别。
化学吸附一般多在化学性质活泼的活性中心发生，因此，药剂在矿物表面上的吸附其分布往往是不均匀的。
药剂在矿粒表面的作用往往有不同称谓，例如黄药阴离子在方铅矿表面吸附，可称为化学吸附，离子吸附或单层吸附，有时亦称为化学反应。
在有的情况下，只能发生化学吸附，而不能进行化学反应。
例如，将硫酸钡置于稀的月桂酸钠溶液中，由于月桂酸钡比硫酸钡更容易溶解，事实上。
表面活性剂在固液界面的吸附解读
表面活性剂在固液界面的吸附方式
（1）离子交换吸附
固体表面的反离子被同电荷符号的表面活性剂离子取代而引起的吸附。
（2）离子配对吸附 固体表面未被反离子占据的部位与表面活性剂离子因电性作用而引 起的吸附。
（3）形成氢键引起的吸附 固体表面和表面活性剂的某些基团间形成氢键而引起的吸附。
（4）疏水作用引起的吸附 疏水作用引起的吸附表面活性剂的疏水基间相互作用以及逃离水 的趋势，使得表面活性剂达到一定浓度后会以相互缔合状态吸附。
a) 如果表面活性剂在溶液中的浓度达不到疏水缔合的浓度范围， 即只发生单体吸附，则吸附等温线为L型。
b) 如果表面活性剂的疏水效应强，在低浓度时就可疏水缔合，则单 体吸附和疏水效应在同一浓度区发生，吸附等温线也将是L型。
c) 如果表面活性剂与固体表面的相互作用较弱，或固体的表面吸附 位少，则第一阶段的单体吸附量少，吸附等温线第一平台几乎不出 现，则等温线呈S型。
（5）π电子极化引起的吸附 表面活性剂分子中富电子芳环与固体表面强正电子位之间的作用而引 起的吸附。 （6）色散力引起的吸附 固体与表面活性剂之间因范德华力引起的吸附。这类机制的吸附量 随表面活性剂分子量增加而增加。 （7）化学键力引起的吸附 如果被吸附物中含具有孤对电子的原子，例如N、O、P、S等， 它们可与某些金属原子形成共价键，即发生化学吸附。
（5）无机盐的影响
a ) 无机盐溶液中加入中性无机盐，会使离子型表面活性剂在固 体上更易吸附，最大吸附量也会有所增加。这是因为：一方面 无机盐的存在压缩双电层，被吸附的表面活性剂离子间斥力减 小，可排列更紧密；另一方面是可以降低表面活性剂的CMC， 利于吸附进行。
b ) 阴、阳离子型表面活性剂混合后，吸附量比单个表面活性剂 明显增加。
固液界面吸附实验报告
固液界面吸附实验报告实验目的：1.了解吸附现象的基本原理和特点；2.了解吸附剂的吸附性能和表征方法；3.掌握吸附剂的活化方法及其对吸附性能的影响。
实验原理：吸附是指气体、液体或溶液中分子、原子或离子等在液体或固体表面上附着的现象。
吸附作用有物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附剂表面的物理力与被吸附物相互作用，并把被吸附物附在吸附剂表面上的吸附现象。
该吸附作用是可逆的，一般发生在低温和低吸附浓度条件下。
而化学吸附是指化学元素与被吸附物化学键结合在一起，形成化学键的吸附作用，该吸附作用是不可逆的，一般发生在高温和高吸附浓度条件下。
在固液界面的吸附过程中，液态溶剂上浮的本质原因是溶剂的表面张力较低，此时吸附在固体表面的分子具有吸引液体的作用，表面液体向着固体表面收缩，将固体表面润湿。
如果液体表面张力过大，则液体不能充分润湿固体表面。
所以，吸附剂表面性质至关重要，而表面化学性质恰恰是与润湿性质有关的一个非常重要的性质。
吸附剂表面活性位数量的多少和分布情况直接影响吸附能力的大小。
实验步骤：1.将炭黑样品称重并加入玻璃瓶中；2.加入一定量的硫酸铜，并用磁力搅拌器搅拌20分钟；3.放置120分钟，定量取20ml样品待用；5.待吸附剂充分吸附后，用滤纸过滤样品并取得滤液；6.测定滤液中吸附剂的浓度，并计算出吸附量；7.记录数据，并做出吸附以及吸附的等温线。
实验数据：样品炭黑质量 2.5g样品溶液体积 500mL硫酸铜的质量 100mg吸附剂质量 0.5g吸附率 85%实验结果：通过实验可以发现，吸附剂的吸附率为85%，表明吸附剂对样品中的杂质具有较强的吸附能力。
而吸附等温线的形状可以反映吸附剂表面的化学性质和吸附动力学特征。
通过本实验我们可以发现，吸附作用是固液界面的一种物理现象，其特征是发生在液体和固体表面之间。
吸附剂的性质也是影响吸附能力的重要因素，而吸附剂表面活性位数量和分布情况直接决定了吸附能力的强弱。
3.5 固液界面(吸附作用)
双电层模型
• 胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子（即与被胶核 吸附的离子带相反电荷的离子）由于离子静电作用必 围绕于胶核周围，但离子本身的热运动又使一部分反 离子扩散到较远的介质中去。可见，一些紧紧地吸引 于胶核近旁的反离子与被吸附于胶核表层的离子组成" 紧密层"，而其余的反离子则组成"扩散层"。胶核与紧 密层组成胶粒(Colloidal particle)，而胶粒与扩散层 中的反离子组成胶团(micelle)。胶团分散于液体介质 中便是通常所说的溶胶。
自电解质溶液中的吸附
• 关于固体～溶液界面电双层产生的原因，最早提出见解 的是赫姆霍茨(Helmholtz)。他认为，当将金属片插入水 或金属盐溶液中时，金属表面晶格上的离子，受到极性 水分子的吸引，有脱离金属表面进入溶液形成水合离子 的趋势，这时，金属表面由于电子过剩而带负电而溶液 相带正电。另一方面，溶液中的金属离子亦有由溶液相 进入金属相而使电极表面带正电的趋势。金属离子的这 种相间转移趋势取决于金属离子在两相中的电化学势的 相对大小，即金属离子总是从电化学势较高的相转入电 化学势较低的相中。
双电层模型
• 图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线形 成的平面称为内赫姆霍茨平面，以 IHP 表示。而由于 静电作用吸附在表面上的水化正离子的中心连线形成的 平面称为外赫姆霍茨平面，以 OHP 表示。在此以内至 电极表面称为紧密层，在此以外延伸至本体溶液，称为 扩散层，扩散双电层即由紧密层和扩散层共同构成。其 电势分布如上图右所示。其中 ψ 为热力学电势， ζ(Zeta) 称为扩散层电势，(ψ-ζ) 为紧密层电势。
s 1 s 2 s W n2 M2 ,n M1 s 1
s n 0 x2 W n s s 2M2 n2 n2 x2 m M1
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三、仪器试剂
仪器：150ml 磨口具塞锥型瓶 6 个，150ml 锥型瓶 6 个，长颈漏斗 6 个，称量瓶 1 个，50ml 酸式、碱式滴定管各 1 支，5ml 移液管 1 支，10ml 移液管 2 支，25ml 移液管 3 支，电子天 平 1 台，恒温振荡器 1 套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20～40 目，比表面 300～400m2/g） ，0.4 mol L HAc 溶液， 0.1000 mol L NaOH 标准溶液，酚酞指示剂。
x 1 对 lg c 作图，可得一条直线，直线的斜率等于 ，截距等于 lg k ，由此可求得 n 和 m n
x 1 lg C lg k m n
(3)
（二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证 Freundlich 吸附等温式的适用性，并求出经验 常数 n 和 k： NaOH+HAc==NaAc+H2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的 NaOH 的量，可知 HAc 的浓度 c，再根据 (1)式计 算Γ值，即可作图。
1 1
(1)
x kC n m
1
x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol） x 1 ——平衡吸附量（ mol g ） m
C——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（ mol L ）
1
。将式（2）取对数，得 k、n——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）
lg
以 lg k。
1
1.0
5.00
10.00
10.00
25.00
25.00
25.00
19．30
18． 86
9.17
12．78
6.62
1.3
0.358 ）
0.177
0.068
0.049
0.024
0.005
x mol g 1 m
0.0019 2 -0.434
0.00061 8 -0.752
0.00018
0.00008 2 -1.31
实验四
一．实验目的
1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。
固液界面上的吸附
2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出 Freundlich 等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich）吸附等温式对此体 系的适用性。
二、实验原理
(一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时， 固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同， 即在 固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组 分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=V（C0-C）/m 式中：m——吸附剂的质量（g） C——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（ mol L ） C0——被吸附物质的初始浓度（ mol L ） V——所用溶液的总体积（L） 在 V 、C0 、m 已知的情况下，Γ和 C 的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂， 在一定温度下， 它在中等浓度溶液中的吸附量与 溶质平衡浓度的关系，可用 Freundlich 吸附等温式表示：Γ= (2) 式中：m——吸附剂的质量（g）
0.03
lg C
-0.98
lg
x m
-2.27
-3.21
-3.74
-4.10
-4.53
-4.86
2. 绘制
x 对 C 的吸附等温线。 m
3. 以 lg
x 对 lg c 作图，从所得直线的斜率和截距，计算经验常数 n 和 k。 m
直线的斜率等于
1 ，截距等于 lg k ,所以由此可求得 n=2.8711 和 k=0.00207。 n
六、注意事项
1. 操作过程中应尽量加塞瓶盖，以防醋酸挥发。 2. 吸附量和活性炭的含水量、溶液的极性、溶质的溶解度以及温度有关，所以称量活性炭 时要快速，称完放回干燥器中，尽量减少活性炭暴露在空气中的时间 3. 活性炭吸附醋酸是可逆吸附，使用过的活性炭，用蒸馏水浸泡数次，烘干后可重复使用。 4. 实验准确度与活性炭的称量、平衡取样量的称量、温度、压强、醋酸和氢氧化钠的配制 有关。
5. 取液用的移液管规格有 50ml、25 ml、10 ml、5 ml，分别贴有醋酸和蒸馏水的标签，不要 混用。
七、思考题 1. 固体吸附剂的吸附量大小与哪些因素有关？
答：1)吸附过程的温度和被吸组分的分压力. 2)气体(或液体)的流速.流速越高,吸附效果越差. 3)吸附剂的再生完善程度.再生解吸越彻底,吸附容量就越大,反之越小. 4)吸附剂厚度.因为吸附过程是分层进行的,故与吸附剂层厚度(吸附区长度)有关.
NaOH 浓度 4 5
0.100
mol L1
6
HA 80.00 40.00 20.00 12.00 6.40 3.20
0.00
40.00
60.00
68.00
73.60
76.80
0. 4
0.2
0.1
0.0 60 32
0.0 16
0.0
）
加入活性炭量 m （ g） 平衡取样量 V （mL） Na0H 消耗量 （mL） HAc 平衡浓度 C （mol·L
1 1
四、实验步骤
1. 打开恒温振荡器的开关，预热 10 分钟，调节温度为 25℃。 2. 将 6 个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入 1.0 克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入 0.4 mol L HAc 和蒸馏水， 并立即盖上塞子， 置于 25℃恒温振 荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量 V 取样，放入 1~6 标号的小锥形瓶中，各加入 5 滴酚酞指示剂，用 NaOH 标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去） ，碱量取平均值记 入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。
2. 为了提高实验的准确度应该注意哪些操作？
答：表面活性剂在固液界面吸附比气液界面吸附复杂得多。 气液界面吸附只涉及表面活性剂分子与溶剂分子的相互作用， 固液界面吸附涉及表面活 1、 性剂分子、溶剂分子、固体表面分子三者的相互作用。 2、气液界面吸附等温线为 Langmuir 吸附等温线。固液界面吸附等温线有 L 型、S 型、L－S 型三类。 3、气液界面吸附一般为单层吸附，吸附等温式为 Langmuir 方程。固液界面吸附模型一般 使用两阶段吸附模型，吸附等温式得复杂（见图） 。 4、固液界面吸附要达到吸附平衡的时间较气液界面吸附要长。
1
五、数据记录及处理
1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度 C0 和吸附平衡时的浓度 C，并按（1） 式计算吸附量一同填入表.
表 活性炭对醋酸的吸附 温度 序号 0.4mol.·L c (mL) 蒸馏水 （mL） HAc 初浓度 C0 （mol·L
1 1
25 ℃ 1
大气压 1.01*10^5 pa 2 3