吸附热力学-吸附及吸附过程

其他实验技术
热力学参数测量
通过测量吸附过程中的热力学参数，如吸附热、焓变、熵变等，来研究吸附过程的热力学性质。这些参数可以提 供关于吸附剂和吸附质之间相互作用的重要信息。
微观结构表征
利用现代分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等，对吸附剂 和吸附后的表面进行微观结构表征。这些技术可以揭示吸附剂和吸附质之间的相互作用机制以及吸附过程的本质 。
动态法研究吸附过程
流动法
在一定的温度和压力下，使气体或液体以一定的流速流过吸 附剂，通过测量流出物中吸附质的浓度变化来研究吸附过程 。这种方法可以模拟实际工业过程中的动态吸附现象。
色谱法
利用色谱技术对混合气体或液体进行分离，并通过检测器测 量各组分的浓度变化来研究吸附过程。色谱法具有高灵敏度 、高分辨率和高效率等优点，适用于复杂体系的吸附研究。
动态法研究吸附过程
流动法
在一定的温度和压力下，使气体或液体以一定的流速流过吸 附剂，通过测量流出物中吸附质的浓度变化来研究吸附过程 。这种方法可以模拟实际工业过程中的动态吸附现象。
色谱法
利用色谱技术对混合气体或液体进行分离，并通过检测器测 量各组分的浓度变化来研究吸附过程。色谱法具有高灵敏度 、高分辨率和高效率等优点，适用于复杂体系的吸附研究。
基于经验公式描述多分子层吸附，适用于不均匀表面的吸附过程，但参数缺乏明确的物 理意义。
Freundlich-Temkin模型
引入线性关系描述吸附热与覆盖度之间的关系，改进了Freundlich模型的局限性。
Dubinin-Radushkevich模型
基于微孔填充理论，适用于描述微孔吸附剂的吸附行为，可计算吸附过程的平均自由能 变化。
重量法
通过测量吸附剂在吸附过程中的重量变化来确定吸附量。这种方法适用于测量气 体或液体在固体表面的吸附。
静态法测量吸附等温线
静态容量法
在恒温条件下，通过测量不同压力下的吸附量，得到吸附等温线。该方法适用于 测量固体表面的吸附现象。
重量法
通过测量吸附剂在吸附过程中的重量变化来确定吸附量。这种方法适用于测量气 体或液体在固体表面的吸附。
认为在固体表面可以形成多层被吸附 物质分子层，各层之间通过分子间作 用力相互结合。
位阻效应
当被吸附物质分子较大时，由于空间 位阻效应，可能导致其无法接近固体 表面活性中心，从而影响吸附效果。
03
吸附热力学实验方法
03
吸附热力学实验方法
静态法测量吸附等温线
静态容量法
在恒温条件下，通过测量不同压力下的吸附量，得到吸附等温线。该方法适用于 测量固体表面的吸附现象。
。
吸附焓
在等温条件下，单位质量 的吸附质被吸附在吸附剂 表面时所引起的焓变，反 映了吸附过程的能量变化
。
吸附自由能
在等温等压条件下，单位 质量的吸附质被吸附在吸 附剂表面时所引起的自由 能变化，反映了吸附过程
的自发性。
吸附热力学参数
吸附热
单位质量的吸附质被吸附 在吸附剂表面时所放出的 热量，反映了吸附质与吸 附剂之间的相互作用强度
吸附现象与吸附剂
吸附现象
指物质（吸附质）在界面层中，由于 与界面物质的分子间力（包括范德华 力和化学键力）的作用，其浓度或密 度比其在体相中要大的现象。
吸附剂
具有吸附能力的多孔性固体物质，其 内部具有大量微孔结构，表面积大， 能够吸附气体或液体中的分子或离子 。
吸附热力学参数
吸附热
单位质量的吸附质被吸附 在吸附剂表面时所放出的 热量，反映了吸附质与吸 附剂之间的相互作用强度
化学吸附
通过化学键将气体或液体分子与 固体表面原子或离子结合，吸附 热较大，吸附过程通常不可逆。
吸附过程动力学
吸附速率
描述单位时间内被吸附物质在固体表面的覆盖程度，与浓度、温度、压力等因 素有关。
吸附平衡
当被吸附物质在固体表面的覆盖程度达到动态平衡时，称为吸附平衡。此时， 吸附速率与脱附速率相等。
溶液组成对吸附影响
溶质浓度
溶液中的溶质浓度对吸附有重要影响 。一般来说，随着溶质浓度的增加， 吸附量也会增加。但当溶质浓度过高 时，可能会导致吸附剂表面的饱和， 从而使吸附量不再增加。
溶液pH值
对于某些吸附剂和溶质，溶液的pH值 也会影响吸附过程。例如，某些吸附 剂在酸性条件下具有更好的吸附性能 。
02
吸附过程及机理
02
吸附过程及机理
物理吸附与化学吸附
物理吸附
通过分子间作用力（范德华力） 将气体或液体分子吸附在固体表 面，吸附热较小，吸附过程可逆 。
化学吸附
通过化学键将气体或液体分子与 固体表面原子或离子结合，吸附 热较大，吸附过程通常不可逆。
物理吸附与化学吸附
物理吸附
通过分子间作用力（范德华力） 将气体或液体分子吸附在固体表 面，吸附热较小，吸附过程可逆 。
吸附热力学-吸附及吸附过程
汇报人：文小库
2024-01-15
CONTENTS
• 吸附热力学基本概念 • 吸附过程及机理 • 吸附热力学实验方法 • 吸附热力学理论模型 • 影响因素与实际应用 • 工业应用与前景展望
CONTENTS
• 吸附热力学基本概念 • 吸附过程及机理 • 吸附热力学实验方法 • 吸附热力学理论模型 • 影响因素与实际应用 • 工业应用与前景展望
其他理论模型气等温吸附实验数据，可计算 比表面积和孔径分布等参数。
DR-A模型
结合Dubinin-Radushkevich模型和Avrami方程，描述微孔吸附过 程中的动力学行为，适用于复杂孔隙结构的吸附剂。
密度泛函理论（DFT）
基于量子力学方法描述吸附质分子与吸附剂表面之间的相互作用力 ，可预测不同条件下的吸附行为和热力学性质。
在一定温度下，吸附量随平衡压力变化的 关系曲线，反映了不同压力下的吸附平衡 状态。
描述单分子层吸附的等温方程，适用于低 压下的物理吸附和化学吸附。
Freundlich等温方程
BET等温方程
描述多分子层吸附的等温方程，适用于中 高压下的物理吸附和化学吸附。
描述多层物理吸附的等温方程，适用于氮 气、氩气等惰性气体在固体表面的多层物 理吸附。
温度、压力对吸附影响
温度影响
温度是影响吸附过程的重要因素。一般来说，随着温度的升高，物理吸附量减少，而化学吸附量增加 。这是因为物理吸附是放热过程，升高温度不利于吸附；而化学吸附是吸热过程，升高温度有利于吸 附。
压力影响
对于气体吸附，压力也是影响吸附量的重要因素。在低压下，吸附量随着压力的升高而增加；在高压 下，由于吸附剂表面的饱和，吸附量增加缓慢或不再增加。
04
吸附热力学理论模型
04
吸附热力学理论模型
Langmuir模型及其扩展
Langmuir模型
基于单分子层吸附假设，认为吸附剂表面均匀，吸附质分子间无相互作用力，吸附平衡时 吸附量与平衡浓度之间呈线性关系。
Langmuir-Freundlich模型
对Langmuir模型进行扩展，引入指数项描述非均匀表面的吸附行为，适用于更广泛的实 验数据拟合。
认为在固体表面可以形成多层被吸附 物质分子层，各层之间通过分子间作 用力相互结合。
位阻效应
当被吸附物质分子较大时，由于空间 位阻效应，可能导致其无法接近固体 表面活性中心，从而影响吸附效果。
吸附机理探讨
活性中心理论
多层吸附理论
认为固体表面存在活性中心，被吸附 物质首先与活性中心发生作用，然后 逐渐扩展到整个表面。
固体表面性质对吸附影响
比表面积
固体表面的比表面积是影响吸附 量的重要因素。比表面积越大， 提供的吸附位点越多，从而有利 于吸附。
表面电荷
固体表面的电荷性质也会影响吸 附过程。例如，带正电荷的固体 表面更容易吸附带负电荷的离子 或分子。
表面官能团
固体表面的官能团对吸附也有重 要影响。某些官能团可能与溶质 分子发生特异性相互作用，从而 增强吸附效果。
吸附过程动力学
吸附速率
描述单位时间内被吸附物质在固体表面的覆盖程度，与浓度、温度、压力等因 素有关。
吸附平衡
当被吸附物质在固体表面的覆盖程度达到动态平衡时，称为吸附平衡。此时， 吸附速率与脱附速率相等。
吸附机理探讨
活性中心理论
多层吸附理论
认为固体表面存在活性中心，被吸附 物质首先与活性中心发生作用，然后 逐渐扩展到整个表面。
描述单分子层吸附的等温方程，适用于低 压下的物理吸附和化学吸附。
Freundlich等温方程
BET等温方程
描述多分子层吸附的等温方程，适用于中 高压下的物理吸附和化学吸附。
描述多层物理吸附的等温方程，适用于氮 气、氩气等惰性气体在固体表面的多层物 理吸附。
吸附等温线与等温方程
吸附等温线
Langmuir等温方程
。
吸附焓
在等温条件下，单位质量 的吸附质被吸附在吸附剂 表面时所引起的焓变，反 映了吸附过程的能量变化
。
吸附自由能
在等温等压条件下，单位 质量的吸附质被吸附在吸 附剂表面时所引起的自由 能变化，反映了吸附过程
的自发性。
吸附等温线与等温方程
吸附等温线
Langmuir等温方程
在一定温度下，吸附量随平衡压力变化的 关系曲线，反映了不同压力下的吸附平衡 状态。
对Langmuir模型进行扩展，引入指数项描述非均匀表面的吸附行为，适用于更广泛的实 验数据拟合。
Langmuir-Hinshelwood模型
考虑吸附质分子在吸附剂表面的扩散过程，适用于描述动力学控制下的吸附行为。
Freundlich模型及其扩展
Freundlich模型
基于经验公式描述多分子层吸附，适用于不均匀表面的吸附过程，但参数缺乏明确的物 理意义。
Freundlich-Temkin模型
引入线性关系描述吸附热与覆盖度之间的关系，改进了Freundlich模型的局限性。
Dubinin-Radushkevich模型
基于微孔填充理论，适用于描述微孔吸附剂的吸附行为，可计算吸附过程的平均自由能 变化。
Freundlich模型及其扩展
Freundlich模型
Langmuir-Hinshelwood模型
考虑吸附质分子在吸附剂表面的扩散过程，适用于描述动力学控制下的吸附行为。
Langmuir模型及其扩展
Langmuir模型
基于单分子层吸附假设，认为吸附剂表面均匀，吸附质分子间无相互作用力，吸附平衡时 吸附量与平衡浓度之间呈线性关系。
Langmuir-Freundlich模型
其他实验技术
热力学参数测量
通过测量吸附过程中的热力学参数，如吸附热、焓变、熵变等，来研究吸附过程的热力学性质。这些参数可以提 供关于吸附剂和吸附质之间相互作用的重要信息。
微观结构表征
利用现代分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等，对吸附剂 和吸附后的表面进行微观结构表征。这些技术可以揭示吸附剂和吸附质之间的相互作用机制以及吸附过程的本质 。
其他理论模型简介
BET模型
基于多层吸附理论，适用于描述氮气等温吸附实验数据，可计算 比表面积和孔径分布等参数。
DR-A模型
结合Dubinin-Radushkevich模型和Avrami方程，描述微孔吸附过 程中的动力学行为，适用于复杂孔隙结构的吸附剂。
密度泛函理论（DFT）
基于量子力学方法描述吸附质分子与吸附剂表面之间的相互作用力 ，可预测不同条件下的吸附行为和热力学性质。
01
吸附热力学基本概念
01
吸附热力学基本概念
吸附现象与吸附剂
吸附现象
指物质（吸附质）在界面层中，由于 与界面物质的分子间力（包括范德华 力和化学键力）的作用，其浓度或密 度比其在体相中要大的现象。
吸附剂
具有吸附能力的多孔性固体物质，其 内部具有大量微孔结构，表面积大， 能够吸附气体或液体中的分子或离子 。
05
影响因素与实际应用
05
影响因素与实际应用
温度、压力对吸附影响
温度影响
温度是影响吸附过程的重要因素。一般来说，随着温度的升高，物理吸附量减少，而化学吸附量增加 。这是因为物理吸附是放热过程，升高温度不利于吸附；而化学吸附是吸热过程，升高温度有利于吸 附。
压力影响
对于气体吸附，压力也是影响吸附量的重要因素。在低压下，吸附量随着压力的升高而增加；在高压 下，由于吸附剂表面的饱和，吸附量增加缓慢或不再增加。
溶液组成对吸附影响
溶质浓度
溶液中的溶质浓度对吸附有重要影响 。一般来说，随着溶质浓度的增加， 吸附量也会增加。但当溶质浓度过高 时，可能会导致吸附剂表面的饱和， 从而使吸附量不再增加。
溶液pH值
对于某些吸附剂和溶质，溶液的pH值 也会影响吸附过程。例如，某些吸附 剂在酸性条件下具有更好的吸附性能 。