吸附作用

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吸附的技术原理及应用

吸附的技术原理及应用

吸附的技术原理及应用1. 吸附技术的概述吸附是一种通过基质表面上的物理或化学作用从气体或液体中吸附物质的过程。

它是一种常见的分离与纯化方法,被广泛应用于各个领域,如环境保护、化工、制药等。

吸附技术具有高效、低成本、易操作等优点,因此备受关注。

2. 吸附技术的原理吸附技术的原理基于物质表面的相互作用力,主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。

2.1 物理吸附物理吸附是指在表面作用力的作用下,通过范德华力或静电吸引力将气体或液体中的物质吸附到固体表面上。

物理吸附的特点是吸附剂与吸附质之间的相互作用力较弱,吸附剂可重复使用。

常见的物理吸附材料包括活性炭、分子筛等。

2.2 化学吸附化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应,形成化学键而实现吸附。

化学吸附的特点是吸附剂与吸附质之间形成强化学键,吸附剂往往不能重复使用。

常见的化学吸附材料包括活性氧化铝、离子交换树脂等。

3. 吸附技术的应用吸附技术在各个领域都有广泛的应用,以下列举几个常见的应用领域。

3.1 空气净化吸附技术在空气净化中起到重要作用。

通过选择适当的吸附剂,可以有效去除空气中的有害气体和颗粒物。

例如,活性炭可以去除空气中的甲醛、苯等有机污染物,而分子筛则可以去除水分子中的氧气和二氧化碳。

3.2 废水处理吸附技术也广泛应用于废水处理领域。

通过使用吸附剂将废水中的有机污染物吸附到固体表面上,可以实现废水的净化和回收利用。

离子交换树脂是常用的吸附材料,它可以吸附废水中的重金属离子和有机溶剂。

3.3 药物提纯在制药过程中,吸附技术被广泛用于药物的提纯。

通过使用特定的吸附剂,可以选择性地吸附目标物质,去除其他杂质。

这种方法不仅能够提高药物的纯度,还可以提高药物的产量和质量稳定性。

3.4 气体分离吸附技术在气体分离中也有广泛应用。

通过选择具有不同亲和性的吸附剂,可以实现对混合气体中特定成分的分离。

例如,PSA(Pressure Swing Adsorption)技术可以将二氧化碳从天然气中分离出来。

名词解释吸附

名词解释吸附

吸附什么是吸附?吸附是指物质吸附在固体表面的一种现象。

当气体或溶液中的分子与固体表面相互作用时,它们会被固体引力吸附在固体表面上,形成一个薄的吸附层。

吸附过程通常分为物理吸附和化学吸附两种类型。

物理吸附物理吸附也称为吸附现象。

它是由于分子之间的范德华力作用而引起的吸附。

物理吸附通常在低温下、高压下发生,吸附剂的吸附能力较弱,吸附分子之间的相互作用主要是吸引力。

物理吸附是可逆的,在适当的条件下,吸附分子可以从固体表面解吸。

化学吸附化学吸附也称为反应性吸附。

它是由于吸附剂表面与吸附分子之间的化学键形成而引起的吸附。

化学吸附通常需要高温和较高的能量才能发生,吸附剂表面的化学活性位点与吸附分子之间发生化学反应,形成化学键。

化学吸附是不可逆的,吸附分子无法轻易脱离固体表面。

吸附的过程吸附过程可以分为吸附平衡和吸附动力学两个方面。

吸附平衡吸附平衡是指吸附过程达到稳定状态的情况。

在吸附平衡状态下,吸附剂表面的吸附物质分子的吸附和解吸速率达到动态平衡。

吸附平衡与吸附剂的性质、吸附物质的性质、温度等因素有关。

比如,对于物理吸附,低温和高压有利于吸附的发生;而对于化学吸附,适当的温度和反应活化能是决定吸附平衡的关键因素。

吸附动力学是指吸附过程中吸附物质在固体表面的吸附速率和解吸速率。

吸附动力学的研究可以揭示吸附过程的速率和机理。

常见的吸附动力学模型包括准二级反应动力学模型、Langmuir模型、Freundlich模型等。

吸附动力学的研究对于理解和设计吸附过程具有重要意义。

吸附在实际应用中的重要性吸附在许多领域中都有重要的应用,如催化剂、吸附分离、环境修复等。

催化剂吸附在催化剂表面的物质可以通过化学反应转化为其他物质,从而实现反应速率的增加。

催化剂的活性主要取决于其表面上的活性位点数量和吸附能力。

通过调控催化剂表面的吸附性质,可以提高催化剂的活性和选择性,进而提高反应效率。

吸附分离吸附分离是一种常用的物质分离技术。

物理吸附化学吸附

物理吸附化学吸附
化学吸附 吸附作用 吸附质分子和吸附中心之 间化学键的形成 物理吸附 分子间作用力,如永久性偶 极矩,诱导性偶极矩,四极吸引 作用等
吸附热
吸附速率
>80 kJ/mol
活化吸附,吸附速率慢
0-40 kJ/mol
非活化吸附,吸附速率快
脱附活化能 发生温度 选择性
吸附层 可逆性
化学吸附热 高温(>气体的液化点) 有选择性,与吸附质,吸附 剂本质有关
脱附(desorption): 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程:气体在表面上的浓度减小的过程。
体相原子配位数:12
表面原子配位数:9 面心立方最密堆积(FCC)
3 fold site 三重吸附位 桥位
4 fold site 四重吸附位
顶位
表面的吸附位
二、物理吸附(physisorption)与 化学吸附(chemisorption)
从吸附位能曲线还可得出以下两个结论: 1、由于表面的吸附作用,分子在表面上解离需要克服 Ea能垒,在气相中直接解离则需要D,分子在表面上活 化比在气相中容易,这是由于催化剂吸附分子改变了 反应途径的结果。 2、在数值上,脱附活化能等于吸附活化能与化学吸附 热之和。原则上,因为能量的守和性是这一关系具有 普遍性。
第二章 吸附作用
一、概述 在气固多相催化反应过程中,都包含吸附步骤,至少有一种反 应物参与吸附过程。多相催化反应的机理与吸附的机理不可分 割。
Langmuir-Hinshelwood Mechanism
Eley-Rideal Mechanism
固体表面(surface)原子与体相(bulk)原子的最大区别: 表面原子配位不饱和,从而表现出高的化学反应活性。 吸附(adsorption):气体在固体表面的累积。 吸收(absorption):体相的吸附。 吸附剂(adsorbent):吸附气体的固体物质。 吸附质(adsorbate):被吸附的气体。 吸附态:吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位:吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程:固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。

第二章催化中的吸附作用

第二章催化中的吸附作用

第一节第一节吸吸附附什么是吸附现象当气体液体分子与固体表面接触时由于固体表面与气体相互作用使气体分子附着在固体表面上导致气体在固体表面上的浓度高于它们在体相中的浓度这种现象称吸附现象。

几个需要明确的概念吸附气体或液体的固体称为吸附剂被吸附的气体或液体称为吸附质吸附质在表面吸附后的状态称为吸附态吸附剂表面发生吸附的位置叫吸附中心吸附中心与吸附质共同构成表面吸附物种几个相近的定义几个相近的定义吸附adsorption 气体或液体分子在固相界面层的富集吸收absorption 流体分子渗入固体的体相内吸着sorption 吸附和吸收的集成。

包括表面的吸附、进入物体体相的吸收以及发生在物体孔隙中的毛细管凝结注释日文中的汉字“吸着” 多指吸附。

反应物分子在催化剂表面上吸附和催化过程实际上是发生在反应物分子与固体表面的“活性位”之间的化学作用要了解催化剂表面的活性位首先要了解固体催化剂的表面结构11、固体分类、固体分类结晶体它的结构基元空间是有序的周期的排列。

其特征是短程和长程都有序。

无定形它的结构单元没有形成有序的结构。

其特征是只存在短程有序。

通过XRD来区别结晶体与无定形2、晶体表面的晶面晶体最一般的特点是它具有空间点阵式的结构金属元素的单质有三种典型的结构形式立方体心b.c.c氨合成催化剂α-Fe 立方面心f.c.c金属Pt、Ni 六方密堆积h.c.pLa、α-Ti 金属元素的单质结构模型通常金属催化剂都是由许许多多的微晶组成暴露的晶面是多种多样的影响晶面的暴露比例有热力学和动力学因素晶体在结晶速度很快的条件下成长最终状态受热力学制约。

按热力学能量最低原理晶体表面将形成致密充填的晶面表面能最低其催化活性也最低 3 实际上固体表面不同晶面的暴露比例在很大程度上是取决于晶体长大过程的动力学包括凝聚、扩散、化学反应等过程受外部条件温度、压力、pH值等的影响很大选择合适的制备条件可提高所需晶面在催化剂表面上的比例从而提高催化剂的催化活性。

吸附知识点总结

吸附知识点总结

吸附知识点总结一、吸附的基本概念吸附是指物质接触而未形成新的化学键的情况下,受吸附固体表面收留。

吸附是一个非常复杂的过程,它涉及到物质的传递、表面物理化学性质等多个因素。

根据吸附作用的不同,可以将吸附分为吸附作用和化学吸附两种类型。

1. 吸附作用吸附作用是由于物质分子和固体表面之间的物理相互作用力所产生的吸附现象。

这种吸附通常是可逆的,不会改变物质的化学性质。

吸附作用主要包括物理吸附和几种。

物理吸附是由于物质分子和固体表面之间的范德华力作用力所产生的吸附现象。

范德华力是一种弱的作用力,通常在低温和高压条件下发生。

材料的孔隙结构和表面非极性部分对物理吸附起到了相当大的作用。

凡是物理吸附较强的材料,表面都应具有孔隙结构,空间大、形状规则、它有着高特异表面积。

另一方面,物理吸附还可作为实验测定孔隙结构、表面积等数据的重要途径。

2. 化学吸附化学吸附是指物质分子与表面原子或分子间发生共价键或象共价键相似的键合作用。

化学吸附通常比物理吸附稳定,也更难逆转。

化学吸附可以在低温和低压条件下发生,在化学吸附过程中,通常表面上会产生新的化学键,或者改变表面微观结构。

二、吸附的类型根据吸附过程的不同特点,可以将吸附分为气相吸附和液相吸附。

在工业生产中,气相吸附和液相吸附都有着广泛的应用。

1. 气相吸附气相吸附是指气体分子在固体表面被吸附的过程。

气相吸附广泛应用于气体的净化、分离和纯化。

常见的气相吸附有固定床吸附、摩尔策尔吸附等。

2. 液相吸附液相吸附是指液体溶质分子在固体表面被吸附的过程。

液相吸附在化工和环境工程中有着广泛的应用,如水处理、废水处理、催化剂制备等。

三、吸附的影响因素1. 温度温度是影响吸附的重要因素。

通常情况下,吸附随温度的升高而减小,这是由于温度升高会增加气体分子或液体分子的热运动能力,使得分子从固体表面脱离。

2. 压力压力是影响气相吸附的重要因素。

一般情况下,吸附随着压力的增加而增加,但是当达到一定压力后,吸附量会趋于饱和。

第三章3.3 吸附作用详解

第三章3.3 吸附作用详解

(1)几个基本概念 吸附剂(Sorbent ): 凡能吸附液相中溶解离子的固 体均成为吸附剂。
粘土矿物,铁、铝和锰的氧化物或氢氧化物,有机物, 吸附剂所吸附的溶解离 子称为吸附质。
离子交换容量(EC):表征吸附剂吸附能力的参数。 分为,阳离子交换容量(CEC)和阴离子交换容量 (AEC) 阳离子交换容量(Cation Exchange Capacity): 每百克干土(岩)所含的全部交换性阳离子的 毫克当量数。单位为:meq/100g 通常都是通过实验来测定吸附剂的阳离子交换容量。 由于样品中常含有多种吸附剂,形成综合吸附能力, 实验测定往往是唯一可行的方法。
如:当含Ca2+为主的地下水,进入主要吸附有Na+的岩土时,水中的 Ca2+便置换岩土所吸附的一部分Na+,使地下水中Na+增多而Ca2+减 少。
F->PO43->HPO42->HCO3->H2BO3->SO42->Cl->NO3(Cl-和NO3-最不易被吸附)
5 零点电位pH值(pHzpc)
低pH值条件下,固体表面形成表面正电荷,吸附阴离子: S—OH + H+ ←→ S—OH2+
Substitution for a cation in a mineral by one of lesser positive charge. This type of charge is considered to be fixed.
This negative charge can be balanced by the sorption of cations from solution.
4 离子吸附能力(离子吸附亲和力)大小顺序:

第三章3.3 吸附作用

第三章3.3 吸附作用

4 离子吸附能力(离子吸附亲和力)大小顺序:
H+>Fe3+> Al3+>Ca2+> Mg2+>K+> Na+
离子价越高,吸附能(力)越强; 电价相同,吸附能(力)随离子水化半径的减小而增大 。 H+的特殊性, H+越多,对其它阳离子的阻力越强。 当地下水中某种离子的相对浓度增大,则该离子置换岩土 所吸附离子的能力也随之增大。
物理化学吸附
吸附在颗粒表面的离子, 在一定条件下, 可被液体中另一 种离子所替换, 因此物理化学吸附又称“离子交换”。
化学吸附
液相中的离子依靠键力强的化学键、憎水键、氢键结合 到固体表面的吸附叫化学吸附,是一种不可逆反应。
2
离子交换吸附(Ion Exchange Adsorption)
岩土颗粒表面带有负(或正)电荷,能够吸附阳(或阴)离 子。一定条件下,颗粒将吸附地下水中某些阳(或阴)离 子,而将其原来吸附的部分阳(或阴) 离子转入地下水中, 这一过程叫离子交换吸附作用。
Substitution for a cation in a mineral by one of lesser positive charge. This type of charge is considered to be fixed.
This negative charge can be balanced by the sorption of cations from solution.
粘土矿物 绿泥石 伊利石
CEC(meq/100g) 10~40 10~40 砂
土壤
CEC(meq/100g) 2~7 2~18

催化作用基础第二章 吸附作用

催化作用基础第二章 吸附作用

第二章吸附作用一、概述凡气固多相催化反应,都包含吸附步骤.在反应过程中,至少有一种反应物参与吸附过程.多相催化反应的机理与吸附的机理不可分割.固体表面是敞开的,表面原子所处的环境与体相不同,配位不饱和,它受到了一个不平衡力的作用,当气体与清洁固体表面接触时,将与固体表面发生相互作用,气体在固体表面上出现了累积,其浓度高于气相,这种现象称吸附现象( adsorption).与吸收(absorption)不同,吸收发生在体相. 吸附气体的固体物质称为吸附剂.被吸附的气体称为吸附质.吸附质在表面吸附以后的状态称为吸附态.吸附发生在吸附剂表面的局部位置上,这样的位置就叫吸附中心或吸附位.吸附中心与吸附的物质共同构成表面吸附络合物.当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加时,称吸附过程,反之,当气体在表面上的浓度减小时,则为脱附过程.二、物理吸附与化学吸附吸附可以分为物理吸附与化学吸附两种.它们的作用力不同.物理吸附是由分子间作用力,即van der W alls 力所产生.由于这种力较弱,故对分子结构影响不大,所以可把物理吸附类比为凝聚现象.化学吸附的作用力属于化学键力(静电与共价键力).由于此种力作用强,涉及到吸附分子和固体间的电子重排、化学键的断裂或形成,所以对吸附分子的结构影响较大.吸附质分子与吸附中心间借此种力形成吸附化学键.化学吸附类似化学反应.由于产生吸附的作用力不同,两种吸附有不同的特征,两者主要特征比较见表2.1.表2.1物理吸附与化学吸附主要特征比较化学吸附物理吸附.(A) 吸附热≥80kJ·mol-10-40kJ·mol-1这是化学吸附的充分,但不是必要的条件(B) 吸附速率常常需要活化,所以速率慢因不需活化,速率快(C) 脱附活化能≥化学吸附热凝聚热(D) 发生温度常常在高温下(高于气体的液化点)接近气体的液化点(E) 选择性有选择性,与吸附质、吸附剂的本性有关无选择性,任何气体可在任何吸附剂上吸附(F) 吸附层单层多层(G) 可逆性可逆或不可逆可逆表2.2和表2.3提供了某些气体的液化潜热、物理吸附热与化学吸附热,以供比较.表2.2某些气体的液化潜热和最大物理吸附热[4]Gas H2O2N2CO CO2CH4C2H4C2H2NH3H2O Cl2 q(kJ/mol) 0.92 6.69 5.61 6.02 25.10 9.12 14.64 24.01 23.26 44.22 18.41 q max(kJ/mol) 8.4 20.9 20.9 25.1 37.7 20.9 33.5 37.7 37.7 58.6 35.6表2.3某些气体的化学吸附热Q(kJ/mol)[4]气体Ti Ta Nb W Cr Mo Mn Fe Co Ni Rh Pt H2188 188 167 71 134 117O2720 494 293 N2586 293CO 640 192 176CO2682 703 552 456 339 372 222 225 146 184NH3301 188 155C2H4577 427 427 285 243 209三、吸附位能曲线吸附过程中,吸附体系(吸附质—吸附剂)的位能变化可以用吸附位能图表示.对大多数物理吸附而言,其位能变化原则上可以使用Lennard-Jones曲线来描述,该曲线原来是用以描述两个气体分子质点在相互靠近时的位能变化.当然在吸附场合就不单单是两个质点间的相互作用,而是吸附分子与表面上的许多原子间的相互作用.这种相互作用的总位能是吸附分子与每一个表面原子作用能量的加合.对这种加合,Lennard-Jones曲线给出的描述基本上是正确的.图2.1是表示分子物理吸附中位能变化的Lennard-Jones图,其中的X表示分子A2距表面无限远位能取作零时与表面的距离.随着分子与表面的接近,位能下降,到Y时发生了物理吸附,放出吸附热Q p,这是物理吸附热.当分子再靠近表面,因排斥作用增强、吸引作用相对减弱,使体系位能上升,由于稳定性原因,体系不能在这样的状态稳定存在.图2.1 A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线[6]描述活性原子在固体表面上化学吸附的位能变化可用Morse公式近似计算得到,见图2.2的曲线.对大多数化学吸附来说,这种图给出的形状也是类似的.图2.2 活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线[6]X表示活性原子A与表面相距很远时的体系位能。

3.5 固液界面(吸附作用)

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

吸附作用与多相催化

吸附作用与多相催化

吸附温度
可逆性
低于吸附质Leabharlann 沸点可逆取决于活化能,通常较低
不可逆/可逆
2.鉴别物理吸附与化学吸附的物理方法
物理吸附 化学吸附 被吸附分子结构变化不大 被吸附分子结构变化
紫外、红外、电导、磁化率、表面电位——检测 电子状态的变化
吸附热———一项比较重要的判据
3.多相催化和吸附的关系
多相催化反应中至少有一种反应物要吸附在催化剂 的表面上,并且所涉及的吸附几乎均为化学吸附。 物理吸附——研究催化剂纹理组织(物化性能的测定)
图2.5 成型催化剂颗粒的构成
structure of a catalyst showing (a) an interpenetrating array of different sized pores and (b) interconnection of micro-, meso- and micro-pores.
§2-1 催化中的吸附作用
一.吸附作用的概念及多相催化步骤
二.物理吸附与化学吸附 三.催化剂表面结构 四.吸附位能曲线
一.吸附作用的概念及多相催化步骤
图2.1 The surface energy of a covalent solid
B
+
A
+ +
B A
-
A B
-
+
B A
-
A B
B
+ -
+ -
-
催化剂颗粒 气 流 主 体
滞留层
内孔道
图2.3 多相催化反应过程中各步骤示意图
图2.4 催化剂结构示意图
2.多相催化反应的步骤:
⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散 (外扩散与内扩散) ⑵反应物分子在催化剂表面上吸附

吸附作用

吸附作用
• 用于这方面的实验方法有:红外光谱(IR〕、 光 电 子 能 谱 ( XPS〕 、 固 态 核 磁 共 振 ( MAS NMR〕以及质谱(MS〕技术等
第二章 吸附作用
提问
1.为什么说催化是“技艺” 2.物理吸附和化学吸附的差别 3.吸附热的作用及表示方法
第二章 吸附作用
复习
为什么说催化是“技艺”
•类型II,微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附 称为焦姆金(Temkin)吸附
•类型III,微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附 称为费兰德利希(Frundlich)吸附
–后两类吸附热皆随覆盖度变化,称为真实吸附,多数实 验结果是属于后两类或由后两类派生出来的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
零时的吸附热即为起始吸附热。
• 起始吸附热表征的是新鲜的催化剂表面与吸附质的相 互作用,这时吸附粒子间的相互作用最小
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 微分吸附热是覆盖度的函数,其变化关系比较复杂。有三 种类型。
• 类型I,吸附热与覆盖度无关,即吸附热为常数。这是理想 的吸附情况,实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔 (Langmuir)吸附
催化学科的发展
催化科学成熟的标志
吸附热
积分吸附热
物理吸附和 化学吸附的
差别
吸附速率 吸附活化能 发生的温度 选择性
•覆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度变化对吸吸附层 附活化能和脱附
活化能的影响
吸附热(表微面分覆吸盖附度热的函数)
等 量 吸 附 热
绝 热 吸 附 热
起 始 吸 附 热
•吸附的可逆性
第二章 吸附作用
本次课内容
吸附态包括三方面的内容

催化原理-吸附作用..

催化原理-吸附作用..
Modern surface chemistry – fuel cells, artificial fertilizers and clean exhaust The Nobel Prize in Chemistry for 2007 is awarded for groundbreaking studies in surface chemistry. This science is important for the chemical industry and can help us to understand such varied processes as why iron rusts, how fuel cells function and how the catalysts in our cars work. Chemical reactions on catalytic surfaces play a vital role in many industrial operations, such as the production of artificial fertilizers. Surface chemistry can even explain the destruction of the ozone layer, as vital steps in the reaction actually take place on the surfaces of small crystals of ice in the stratosphere. The semiconductor industry is yet another area that depends on knowledge of surface chemistry.

介孔和微孔吸附作用

介孔和微孔吸附作用

介孔和微孔吸附作用
介孔和微孔在吸附作用方面存在显著差异。

介孔的孔径在2-50nm之间,主要吸附大分子物质,如有机物、异味等。

其孔径较大,反应物分子易于进入孔道中进行反应,扩散速度也比微孔快。

在催化反应中,介孔主要用于分子筛和吸附材料,提供较大的孔容,从而提高催化剂的活性。

微孔的孔径小于2nm,主要吸附小分子物质,如氧、氮、二氧化碳等。

微孔具有较高的比表面积,可以提供更多的反应活性位点,并且可以通过这些活性位点提高物质转化率。

此外,微孔还可以通过孔喉的狭窄和形状来选择性地吸附特定分子,以实现分离和纯化的目的。

总的来说,介孔和微孔在吸附作用方面各有特点,需要根据具体的吸附需求选择适合的孔径大小的吸附剂。

吸附作用原理

吸附作用原理

吸附作用原理吸附作用是指物质分子或离子在接触到表面时,由于静电、化学键等相互作用力的作用,被吸附在表面上的物理现象。

它在物理、化学、生物学等领域都有广泛的应用。

本文将探讨吸附作用的原理及其在不同领域的应用。

一、吸附作用的类型吸附作用可分为两种类型:化学吸附和物理吸附。

1. 化学吸附化学吸附是指吸附剂与被吸附物之间发生化学反应,形成牢固的化学键。

这种吸附通常是可逆的,吸附剂与被吸附物相互作用形成吸附层。

化学吸附具有较强的特异性和选择性。

2. 物理吸附物理吸附是指吸附剂与被吸附物之间没有明显的化学反应,吸附过程主要由范德华力、静电作用力和毛细力等引起。

这种吸附通常是不可逆的,吸附剂与被吸附物之间形成较弱的物理吸附层。

二、吸附作用的原理吸附作用原理主要包括分子间相互作用和表面活性。

1. 分子间相互作用分子间相互作用是吸附作用的核心机制之一。

根据分子间相互作用的性质,吸附可分为范德华力吸附、离子键吸附、氢键吸附和共价键吸附。

范德华力吸附是吸附剂表面与物质分子间由于引力作用而产生的吸附现象;离子键吸附是指吸附剂表面与物质分子中的阳离子或阴离子之间形成离子键的吸附现象;氢键吸附是指吸附剂表面与物质分子中的氢原子彼此间通过氢键形成的吸附现象;共价键吸附是指吸附剂表面与物质分子间发生共价键结合的吸附现象。

2. 表面活性表面活性是吸附作用的另一个重要原理。

当物质分子吸附到固体表面时,会改变表面能,并使固体表面形成一层吸附层。

表面活性使得固体表面具备了一定的化学和物理性质,可以与其他物质发生相互作用。

例如,某些金属触媒表面具有很高的吸附活性,可以促进化学反应的进行。

三、吸附作用的应用吸附作用在许多领域都有广泛的应用,下面介绍其中几个典型的应用领域。

1. 环境净化吸附材料如活性炭常用于环境净化中,能够吸附并去除空气中的有毒有害气体、异味和各类污染物。

活性炭的多孔结构和大表面积使其具备很强的吸附能力,广泛应用于水处理、空气净化等领域。

吸附剂与吸附质之间的作用力

吸附剂与吸附质之间的作用力

吸附剂与吸附质之间的作用力吸附作用力可分为物理吸附和化学吸附两种。

物理吸附是指吸附剂与吸附质之间的相互作用力主要是范德华力。

范德华力主要包括静电力、诱导力和色散力。

静电力是由于吸附剂表面存在带电粒子所产生的相互作用力。

诱导力是由于吸附剂表面带电粒子在吸附质的作用下引起周围电荷的重排,从而引发相互作用力。

色散力是由于吸附剂表面的分子间距不规则导致的分子间碰撞引发的相互作用力。

化学吸附是指吸附剂与吸附质之间的相互作用力主要是化学键力。

化学吸附是通过化学键的形成来进行的。

吸附剂的表面活性中心与吸附质的活性基团进行化学反应,形成共价键或离子键,从而实现吸附。

吸附作用力的强弱受到多种因素的影响。

首先是吸附剂和吸附质之间的相互作用力大小。

相互作用力愈强,吸附作用力就愈大。

其次是吸附剂和吸附质的表面性质。

表面活性更好的物质具有更强的吸附能力。

例如,具有更多活性基团和更大表面积的物质具有更强的吸附能力。

此外,温度、压力和物质浓度也会影响吸附作用力的强弱。

一般来说,温度越高,吸附作用力越弱。

在较高的压力和浓度条件下,吸附作用力也会增强。

吸附作用力的研究对于理解和应用很多领域都有重要意义。

在环境领域,吸附作用力有助于处理水和空气中的污染物。

吸附剂可以通过吸附作用力将有害物质从环境中去除,改善环境质量。

在材料科学领域,吸附作用力有助于设计和开发高效的吸附剂材料。

吸附剂的性能取决于其吸附作用力的强弱,因此了解吸附作用力对于材料设计具有重要意义。

在化工和制药工业中,吸附作用力有助于分离和纯化物质。

根据吸附作用力的不同强弱,可以实现对混合物中的组分的选择性吸附和分离。

总结起来,吸附剂与吸附质之间的作用力主要是吸附作用力,其中物理吸附以范德华力为主,而化学吸附以化学键力为主。

吸附作用力的强弱受到多种因素的影响,如相互作用力的大小、表面性质、温度、压力和物质浓度等。

吸附作用力的研究对于环境、材料科学、化工和制药工业等领域具有重要意义。

解吸附作用

解吸附作用

;1、吸附和解吸附作用吸附通常源于入射分子与表面间的吸引力,并有物理吸附和化学吸附之分,物理吸附源于分子跟表面的弱相互作用,这一过程是放热的,但它与表面的结合能很弱,吸附后会迅速地从表面扩散。

而化学吸附是吸附原子或分子并与表面原子形成化学键,过程中会有强放热的现象。

解吸附作用发生在等离子体与产品表面接触的界面上,电子、离子、光子及中性粒子将能量传递给被吸附在产品表面的原子或分子,使这些原子或分子克服吸附力而离开固体表面,过程中通常有离子解吸、电子解吸、中性粒子解吸、和光解吸等。

吸附-解吸

吸附-解吸

吸附-解吸
吸附和解吸是物质与材料之间相互作用的过程。

吸附是指物质(被吸附物)被另一种材料(吸附剂)吸附在其表面或内部的过程。

吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。

- 物理吸附是指被吸附物与吸附剂之间的作用力主要是分子间
的万有引力。

这种吸附通常在低温下进行,吸附剂的表面通常是多孔的,提供了大量的吸附位点。

物理吸附的强弱取决于温度和压力,并且可以通过降低温度或增加压力来促进吸附过程。

- 化学吸附是指吸附物与吸附剂之间发生化学反应,形成化学键。

这种吸附是比物理吸附更强的化学结合,需要更高的温度和较长的反应时间。

解吸是指被吸附物从吸附剂表面或内部释放出来的过程。

解吸通常需要改变温度、压力或浓度等条件来减小吸附作用。

吸附和解吸在实际应用中有着广泛的应用。

例如,催化剂通常是将反应物吸附在其表面上,从而促进化学反应;活性炭具有很强的吸附性能,可用于净化空气和水;吸附还可以用于分离和提取混合物中的组分等。

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2.5.3不同物质的吸附态
7.饱和烃的吸附态
均为解离吸附,至少有1个C-H键均裂
RH + M M
RH MM
第二章 吸附作用
2.5.4化学吸附态决定产物
• 反应物在催化剂表面上的不同吸附态,对形成 不同的最终产物起着非常重要的作用。
• 例如,在乙烯氧化制环氧乙烷反应中认为O2导致生成目的产物环氧乙烷,而O— 则引起深 度氧化生成 CO2 和H2O。
•类型II,微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附 称为焦姆金(Temkin)吸附
•类型III,微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附 称为费兰德利希(Frundlich)吸附
–后两类吸附热皆随覆盖度变化,称为真实吸附,多数实 验结果是属于后两类或由后两类派生出来的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
•物理吸附是由分子间作用力,即van der Walls力所产生。 由于这种力较弱,故对分子结构影响不大,所以可把物 理吸附类比为凝聚现象
•化学吸附力属于化学键力(静电与共价键力)。由 于此种力作用强,所以对吸附分子的结构影响较大。 吸附质分子与吸附中心间借此种力形成吸附化学键。 化学吸附类似化学反应
第二章 吸附作用
2.2.1 积分吸附热
• 在一定温度下,当吸附达到平衡时,平均吸附1mol气体所 放出的热量称为积分吸附热q值,它反映了吸附过程中在
一个比较长的时间内,热量变化的平均结果,是许多吸附 中心性能的平均反应,常用于区分物理吸附与化学吸附
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 催化剂表面吸附的气体从n mol 增加到 (n+dn) mol时,所 放出的热量-微分吸附热
绝热吸附热的定义:
其中CC为量热计的热容,Cg和Cad为吸附质在气相和吸附相 时的摩尔热容,ng和nad为吸附质在气相和吸附相时的摩尔量, 微商项为绝热过程中温度对吸附项摩尔量的变化率。从上式 看出,绝热吸附热也是微分性质的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 起始吸附热:从吸附过程进度考虑的。当吸附量趋于
催化学科的发展
催化科学成熟的标志
吸附热
积分吸附热
物理吸附和 化学吸附的
差别
吸附速率 吸附活化能 发生的温度 选择性
•覆盖度变化对吸吸附层 附活化能和脱附
活化能的影响
吸附热(表微面分覆吸盖附度热的函数)
等 量 吸 附 热
绝 热 吸 附 热
起 始 吸 附 热
•吸附的可逆性
第二章 吸附作用
本次课内容
吸附态包括三方面的内容
催化原理
多媒体讲义
第二章 吸附作用
第二章 吸附作用
第二章 吸附作用
•吸附现象 •吸附热 •吸附质粒子在吸附剂表面上的状态 •吸附等温线 • 吸附速率和脱附速率
第二章 吸附作用
第二章 吸附作用
[教学要求] 1.了解物理吸附与化学吸附的异同 2.了解覆盖度变化对吸附活化能和脱附活化能的影响 3.掌握Langmuir吸附理论及其等温方程式,掌握Freundlich 等温方程,Temkin等温方程 4.掌握一些常见小分子化合物的吸附态 4.了解吸附速率与脱附速率的表达式
2.5.3不同物质的吸附态
3.一氧化碳的吸附态
CO 分子:电子和孤对电子,4种吸附态 线形结构、-
键合、桥式结构
(2)-键合(三位吸附):碳
1)线形结构(一位吸附) 原子上的孤对电子对的5轨道, 与金属原子的空轨道形成键合
电子与金属表面的自由
价键合
O
OCCM源自dxy d Z 2 dxy
MMM
若以吸附量表示覆盖度:
其中V为某一时刻的吸附量,Vm为饱和吸附量
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
•等量吸附热,又称等容吸附热,常以Qiso表示,其性质
即为微分性质的, 等量吸附热定义为
式中微商项表示在恒温、恒压、恒表面积过程中焓增量 对吸附相摩尔量的变化率
•绝热吸附热是在吸附中保持绝热条件发生的热效应
零时的吸附热即为起始吸附热。
• 起始吸附热表征的是新鲜的催化剂表面与吸附质的相 互作用,这时吸附粒子间的相互作用最小
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 微分吸附热是覆盖度的函数,其变化关系比较复杂。有三 种类型。
• 类型I,吸附热与覆盖度无关,即吸附热为常数。这是理想 的吸附情况,实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔 (Langmuir)吸附
❖吸附键类型是共价键、离子键、配位键还是 混合键型,以及吸附物种所带电荷类型与多少
第二章 吸附作用
2.5.3不同物质的吸附态
1.氢的吸附态
H Pt Pt ZnO嵌Pd+入,HR式2h
Ni H
H 悬H 浮式,Fe,Ni,Co
Zn O
ZnO + H2
H-
H+
Zn2+ O2-
第二章 吸附作用 2.5.3不同物质的吸附态
2.氧的吸附态
O2(g)
负离子态:O2- *, O22- *, O- *, O2- *
分子氧:O2*
不稳定的:O3-*
O2(ad)
O2- *
2O-*
O2- *-表面或晶格氧离子
2O2- *
O- *-氧化能力强,催化烃 类的深度氧化
O2- *-氧化能力适中,选 择性氧化 乙烯选择性氧化制环氧乙 烷
第二章 吸附作用
第二章 吸附作用
2.5.3不同物质的吸附态
5. 乙炔的吸附态
H
H
型:
CC
H
M
M
桥接型吸附
H
C
C
M
M
CH
解离吸附
CH
MM
第二章 吸附作用 2.5.3不同物质的吸附态
6.苯的吸附态
六位型吸附
二位型吸附
+ 6*
+ 2*
**
*
*
**
型吸附
*
解离吸附
C6H6 + M M
**
C6H5 H MM
第二章 吸附作用
[教学重点] 1. 不同物质的吸附态 2. 吸附等温方程(包括简单的、解离吸附的和竞争吸附的 Langmuir吸附等温方程,以及非理想的吸附等方程)
[教学难点] 1. 吸附能量与覆盖度
第二章 吸附作用
2.1吸附现象
凡气固多相催化反应,都包含吸附步骤。在反应过程中, 至少有一种反应物参与吸附过程。多相催化反应的机理与 吸附的机理不可分割
第二章 吸附作用
2.5.3不同物质的吸附态
3.一氧化碳的吸附态
(3)桥式结构(二位吸附)
CO再杂化,sp sp2, 与2个金属 原子的自由价形成桥联的二位吸附
(4)孪生吸附
在负载的细颗粒的Rh上,1个
Rh原子吸附2个CO分子
O
C
O
C
M
M
O C
Rh
第二章 吸附作用
2.5.3不同物质的吸附态
4.烯烃的吸附态
型:不饱和烃的 键均裂,C原子从sp2杂化变为sp3杂化, 与两个或多个金属原子键合,形成二位或多位吸附, 例如:
+ H2C CH2 Ni Ni
H2 H2 CC
-型:不饱和烃的 电子与金属 Ni Ni
原子的d空轨道键合,形成化学
吸附键。 例如:
C
C
+ H2C CH2 Pt
H2C CH2 Pt
不同物质的吸附态
吸附等温线(本实验室成果) 吸附等温方程
掌握一些常见小分子化合物的吸附态
要 掌握简单的Langmuir吸附等温式 求 掌握一些基本概念
了解吸附等温线类型
了解非理想的吸附等温式
第二章 吸附作用
2.5.2吸附态包括三方面的内容
❖被吸附的分子是否解离。可将吸附分为解离 吸附和缔合吸附
❖催化剂表面吸附中心的状态是原子、离子还 是它们的基团。吸附物占据一个原子或离子时 的吸附称为单位吸附;吸附物占据两个或两个 以上的原子或离子所组成的基团时,称为多位 吸附
•吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物 •当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加, 称为吸附过程 •气体浓度在表面上减少的过程,则称为脱附 过程 •当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速 率相等时,表面上气体的浓度维持不变,这样的状 态称为吸附平衡
第二章 吸附作用
2.1.2物理吸附与化学吸附
•按作用力不同,吸附可分为物理吸附和化学吸附两 类。先物理吸附,后化学吸附
吸附热随覆盖度的关系
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
产生真实吸附的原因
• 1、表面不均匀表面各处的组成、结构和周围的环境不同,
并存在棱、边、角及各类缺陷等,引起各吸附中心的能量 不同,对吸附分子的作用力不同
• 2、吸附分子的相互作用:吸附在表面上的物种对未吸
附分子有排斥作用
第二章 吸附作用

1
A c tiv ity T o o w e a k
T o o s tro n g
A d s o rp tio n s tre n g th
火山形曲线
第二章 吸附作用
2.2化学吸附强度的指标——吸附热
• 吸附物种与催化剂表面键合形成化学吸附键的强 弱,由反应物与催化剂的性质及吸附条件决定
• 其数值大小可由化学吸附热度量。吸附热越大, 吸附键愈强;反之,吸附热越小.吸附键越弱。 因此,吸附热是选择催化剂时要考虑的因素之一
第二章 吸附作用
2.5化学吸附态
• 化学吸附态表明吸附物种在固体表面进行化 学吸附时的化学状态、电子结构和几何构型
•化学吸附态和表面反应中间体的确定对揭示催化 剂作用机理和催化反应机理非常重要
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