吸附理论模型及应用

吸附理论模型及应用

摘要：吸附是一种重要的传质过程，吸附技术应用领域及其广泛。本文对几种主要的吸附理论模型及其应用进行了概述，科学研究中可以根据实际情况进行选择。

关键词：分子吸附吸附模型物理吸附化学吸附

当流体与多孔固体接触时，流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄，此现象称为吸附。吸附也指固体物质表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象。吸附主要是因为固体表面分子或原于所处的状态与固体内部分子或原子所处的状态不同，固体内部分子或原子受到邻近四周分子的作用力是对称的，作用力总和为零，但界面处的分子同时受到不相等的两相分子的作用力，因此界面分子所受力是不对称的。作用力的总和不为零，合力方向指向固体内部，所以表面上的力场是不饱和的，微粒能自发的吸附分子、原于或离子，并在其表面附近形成多分子层或单分子层，其实质是趋向于使表面能降到最低。

吸附现象的作用力主要有三类：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。物理吸附的作用力是固体表面与气体分子之间，以及已被吸附分子与气体分子间的范德华引力，包括静电力诱导力和色散力。物理吸附过程不产生化学反应，不发生电子转移、原子重排及化学键的破坏与生成。由于分子间引力的作用比较弱，使得吸附质分子的结构变化很小。化学吸附，是指吸附剂与吸附质之间发生化学作用，生成化学键引起的吸附，在吸附过程中不仅有引力，还运用化学键的力，因此吸附能较大，要逐出被吸附的物质需要较高的温度，而且被吸附的物质即使被逐出，也已经产生了化学变化，不再是原来的物质了，一般催化剂都是以这种吸附方式起作用。离子交换吸附简称离子交换，固体表面通过静电引力吸附带相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。

吸附现象普遍存在，研究者对其进行了大量的理论研究，也提出了很多的吸附模型。许多的研究工作表明，固体表面吸附液体或气体，当达到平衡时，其吸附量q*与温度和液体或气体浓度c有关：

温度一定时，吸附量q*与浓度c之间的函数关系称为吸附等温线，即等温情况下的吸附模型。

一、Langmuir 吸附模型

Langmuir分子吸附模型是根据分子间力随距离的增加而迅速下降的事实，提出气体分子只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有可能被吸附，即气体分子与表面相接触是吸附的先决条件。Langmuir 认为固体表面上各个原子的力场不饱和，可吸附碰撞到固体表面的气体分子或溶质分子。当固体表面上吸附了一层分子后，这种力场就被饱和，因此吸附层是单分子层。他还假设固体表面是均匀的，吸附的分子间无相互作用。

设在某一瞬间，固体表面己吸附分子的覆盖率为θ，则未被吸附分子覆盖的面积分数为1-θ。