第3节 气体在固体表面上的吸附
气体吸附原理
气体吸附原理气体吸附是指气体分子在固体表面上附着的现象，它是一种重要的物理化学过程，广泛应用于化工、环保、能源等领域。
气体吸附原理是指气体分子在与固体表面相互作用时，通过吸附作用在固体表面上形成一层吸附层的过程。
气体吸附过程是一个复杂的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
其中，最重要的是吸附剂的性质和气体分子的性质。
吸附剂的性质包括孔径大小、孔隙结构、化学成分等，而气体分子的性质则包括分子大小、极性、化学活性等。
这些因素共同作用，决定了气体在固体表面上的吸附行为。
气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指气体分子与吸附剂表面之间的范德华力作用，它是一种弱相互作用力，通常发生在低温下。
而化学吸附则是指气体分子与吸附剂表面发生化学键结合的过程，它是一种强相互作用力，通常发生在高温下。
在气体吸附过程中，吸附剂的孔隙结构对吸附性能起着至关重要的作用。
孔隙结构可以影响吸附剂的比表面积、孔体积和孔径分布等参数，从而影响气体分子在吸附剂表面上的扩散和吸附速率。
通常情况下，孔径越小，吸附剂的比表面积和孔体积越大，气体分子在其表面上的吸附性能也越好。
此外，气体分子的性质也对气体吸附过程产生重要影响。
一般来说，分子大小越小、极性越大、化学活性越高的气体分子，其在固体表面上的吸附性能也越好。
这是因为这些气体分子更容易与吸附剂表面发生相互作用，从而形成稳定的吸附层。
在工业应用中，气体吸附技术被广泛应用于气体分离、气体储存、气体检测等领域。
例如，在天然气净化过程中，气体吸附技术可以有效去除天然气中的杂质气体，提高天然气的纯度。
在气体储存领域，气体吸附技术可以将气体分子吸附到多孔吸附剂中，实现气体的高效储存和释放。
总之，气体吸附原理是一个复杂而重要的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
通过深入研究气体吸附原理，可以更好地理解气体分子在固体表面上的吸附行为，为气体吸附技术的应用和发展提供理论基础和技术支持。
固体表面对气体的吸附
若以Γm（或Vm）代表单分子层饱和吸附时的吸附量（或饱和 吸附时的气体体积），Γ（或V）代表压力为p时的实际吸附量
（或实际吸附气体体积），代入上式得：
bp Γ Γm 1 bp 或
V
Vm
bp 1 bp
四、兰格缪尔吸附等温式
（二）兰格缪尔吸附等温式的物理意义及应用
兰格缪尔吸附等温式只适用于单分子层吸附，较好地表示 典型的吸附等温式在不同压力范围内的特征：
二、吸附等温线
吸附等温线（absorption isotherm curve）：温度恒定
时，吸附质平衡分压p与吸附量Γ之间的关系曲线。
吸附等温线大致有如下五种类型：
图中纵坐标代表吸附量，横坐标为相对压力。
三. 弗仑因德立希吸附等温式
弗仑因德立希吸附等温式（Freundlich absorption isotherm） 描述单分子层吸附等温线的经验公式
五、多分子层吸附理论—BET公式
在兰格缪尔吸附理论的基础上，1938 年布鲁诺（Brunauer）、埃米(Emmet) 和泰勒(Teller)三人提出了多分子层的气 固吸附理论，简称BET吸附理论。
BET理论的假设： 吸附为多分子层的； 第一层吸附是固体表面分子与吸附质分子之间的分子间力， 从第二层以后的各层吸附是吸附质分子之间的分子间力，因此 第一层和其它各层的吸附热不同； 吸附和解吸附均发生在最外层。 此外，还假定第一层吸附未饱和之前，也可能发生多分子层 吸附；当吸附达到平衡时，其吸附量等于各层吸附量的总和。
五、多分子层吸附理论—BET公式
在上述假定的基础上，用统计方法得出如下关系：
Cp
V Vm ( p * p)1 (C 1) p / p *
式中V 代表平衡压力 p 时的吸附量，Vm代表在固体表面上 铺满单分子层时所需气体的体积，为实验温度下气体的饱和蒸 气压，C是与吸附热有关的常数。
生物制药工艺学第6章吸附分离法08-3-20
（三）环境的影响 1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 2、pH值：PI 3、温度 4、盐的浓度：可能阻止、可能促进
9
（四）吸附物浓度和吸附剂用量
对蛋白质或酶进行分离时要求浓度 1%以下。
吸附剂用量。
10
第二节 几种常用的吸附剂
无机：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土 有机：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等 一、活性炭(activated carbon )
的 浓 缩 液 A l2 O 3吸 附 ,2 0 ℃ 以 下
丙 酮 ,水 (8 0 % )
丙 酮 5 ~ 6倍
(4 0 0 0 u /m l)
25
活性炭为吸附剂
洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。
次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
[提取制霉菌素]
菌丝——————→
制霉菌素 [板框过滤] ↗
常用洗脱剂排序（极性增大）： 石油醚<甲苯< 乙醚<氯仿< 乙酸乙酯< 丙酮< 乙醇< 甲醇 <水 <乙酸
24
氧化铝或硅胶为吸附剂
洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性。
次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、 丙 酮、乙醇、甲醇、水 、乙酸。
[层 析 ]
[洗 脱 ]
[ 冷 冻 结 晶 ]
维 生 素 B 1 2— — — — — — → 吸 附 柱 层 析 — — — — → 洗 脱 液 — — — — — → 维 生 素 B 1 2结 晶
41
头孢菌素C
42
思考题
1、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是
（）
A.分辨率高 B.变性作用小 C.杂质易除 D.沉淀易分离
化学吸附反应
化学吸附反应化学吸附反应是指在化学反应中，物质与固体表面发生相互作用，通过吸附和解吸过程来实现物质的转化。
这种反应具有广泛的应用，包括催化剂的制备、环境污染治理、气体分离等领域。
化学吸附反应的基本原理是物质在固体表面的吸附和解吸过程。
当物质接触到固体表面时，由于表面的活性位点，物质分子会被吸附在固体表面上。
吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指物质分子与固体表面之间的相互作用力较弱，吸附过程是可逆的。
物质分子通过范德华力与固体表面相互作用，吸附后可以通过增加温度或减小压力来解吸。
物理吸附一般发生在低温和较低压力下，吸附量随着温度和压力的升高而减小。
化学吸附是指物质分子与固体表面之间的相互作用力较强，吸附过程是不可逆的。
物质分子通过共价键或离子键与固体表面发生化学反应，形成化学键。
化学吸附一般发生在高温和较高压力下，吸附量不随温度和压力的变化而改变。
化学吸附反应的速率受到多种因素的影响，包括温度、压力、吸附剂的性质、吸附剂的表面积等。
温度的升高可以增加反应速率，因为高温能够提供足够的能量来克服反应活化能。
压力的升高可以增加吸附剂与物质分子之间的碰撞频率，从而增加反应速率。
吸附剂的性质和表面积也会影响反应速率，具有较高表面积的吸附剂能够提供更多的活性位点，从而增加反应速率。
化学吸附反应在许多领域有重要的应用。
在催化剂的制备中，化学吸附反应可以使活性组分固定在催化剂的表面上，从而提高催化剂的活性和稳定性。
在环境污染治理中，化学吸附反应可以利用吸附剂吸附有害物质，净化废气和废水。
在气体分离中，化学吸附反应可以利用吸附剂对混合气体进行分离，实现气体的纯化和回收利用。
化学吸附反应是一种重要的化学反应过程，通过吸附和解吸过程来实现物质的转化。
它在催化剂的制备、环境污染治理、气体分离等领域具有广泛的应用。
深入研究化学吸附反应的机理和影响因素，对于提高反应效率和降低能源消耗具有重要意义。
《环境化学》第三章
天然水的存在形式
位臵 大气圈 主要存在形式 雨、雪、水蒸 汽等 位臵 岩石 圈 主要存在形式 地下水、岩浆水、 苦咸水等
水圈
河流、冰川、 海洋、湖泊、 沼泽等
生物 圈
体液、细胞液、 血液等
天然水的组成
• 天然水中一般含有可溶性物质、胶体物 质和悬浮物质。 • 可溶性物质的成分十分复杂，主要是在 岩石的风化过程中，经水溶解迁移的地 壳矿物质。 （1）水体中的颗粒物质 • 水体中的颗粒物质分为悬浮固体和溶解 性固体两种。
天然水的组成
④水解作用 K2O· 2O3· 2+2CO2+11H2O→H2Al2Si2O8·2O Al 6SiO H +2KHCO3+4(SiO2· 2O) 2H （4）水体中的溶解性气体 • 大气中的气体与溶液中同种气体间的平 衡为： [G(aq)] = KH×pG
天然水的组成
KH —各种气体在一定温度下的亨利定律常
水的碱度
• 苛性碱度：当用标准酸溶液进行中和滴定到 pH=10.8时，所消耗的酸量。 • 酚酞碱度：以酚酞做指示剂，消耗的酸量。 • 总碱度：以甲基橙做指示剂，消耗的酸量。 由于没有明显的滴定突越，苛性碱度测不到， 是一个理论值。
酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+]
„CO2(aq)‟= 3.34×10-7×32.39=1.082×10-5mol/L （0.4761mg/L ）
第二节 水体中的酸-碱化 学平衡
碳酸平衡
• 大气中含有一Байду номын сангаас分压的CO2; 在水生生物体之 间的生物化学转化中，CO2占有独特的位臵， CO2对调节天然水pH 值起着重要作用。 • 在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等4种 物质;
固体表面吸附空气熵减
固体表面吸附空气熵减
气体在固体表面的吸附过程中，熵的变化并不是一成不变的。
熵是表示物体的混乱程度的函数，物体越混乱熵值越大。
在固体表面吸附气体的过程中，气体分子在固体表面填充到晶体的空隙中，这种排列是有序的，因此熵会减小。
然而，吸附过程是否熵减还需要考虑其他因素。
例如，气体分子在固体表面吸附时，可能会发生其他变化，如化学键的断裂或形成等，这些变化可能会对熵产生影响。
如果这些变化导致熵增加，那么整个吸附过程的熵变化可能是正值。
因此，不能简单地认为气体在固体表面吸附时熵一定减小。
具体熵的变化情况需要根据吸附过程中的具体变化进行计算。
气体吸附原理
气体吸附原理
气体吸附原理是指气体分子与吸附剂表面相互作用，从而被吸附在吸附剂表面上的过程。
吸附剂可以是固体，常见的有活性炭、分子筛等。
气体分子在接近吸附剂表面时，由于分子间的吸引力作用或弱相互作用力（如范德华力、氢键等），会发生吸附现象。
气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指气体分子与吸附剂之间的相互作用力较弱，吸附剂表面上的静电场、范德华力等起主导作用。
物理吸附的特点是吸附热低、吸附容易受温度和压力的影响，吸附分子和吸附剂之间的相对运动较大。
物理吸附通常在低温和高压条件下发生。
化学吸附是指气体分子与吸附剂之间形成了化学键或化学反应，吸附剂表面上的活性位点与气体分子发生相互作用，形成化学络合物。
化学吸附的特点是吸附热高，吸附容易受化学反应速率及反应热的影响，吸附分子和吸附剂之间的相对运动较小。
化学吸附通常在高温和低压条件下发生。
气体吸附原理的应用非常广泛。
例如，在环境领域中，活性炭可以用于吸附空气中的有机物和气味分子；在工业生产中，分子筛可以用于分离和纯化气体混合物；在气体分析领域，气相色谱柱中的吸附剂可以用于分离和检测气体成分等。
通过充分利用吸附原理，能够实现对气体分子的选择性吸附和分离，具有重要的理论意义和实际应用价值。
吸附理论
第一节 吸附过程与吸附剂
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。
物理吸附和化学吸附的区别（见补表10-1）。 注意一点： 同一污染物的吸附量随温度的变化曲线
例10-1图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线
显然，该等温吸附线符合朗氏等温吸附线，从而可用朗 氏方程式描述。 结合曲线横、纵坐标参数，将朗氏方程式变换成下列形 式： A X ( X / P) (1 B)
T T
任取曲线上两点q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 带入上 式，于是有： 解之得：
---------------- 10.1
图10-2 5种类型等温吸附线
XT —吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸 附剂在吸附平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P—吸附质在气相中的分压， pa； K,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关 ，对于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温 度有关，其值需由实验确定，而n≥1。
物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。
（见图10-1 ：吸附过程曲线）
补表10-1 物理吸附和化学吸附的区别
（物） ：一种物理作用，分子间力（范德华力） ； （化） ：一种表面化学反应（化学键力） 。 （物） ：极快，常常瞬间即达平衡； 吸附速率 （化） ：较慢，达平衡需较长时间。 吸附热 （物） ：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol 左右） ； （区别二者 （化） ：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol） 。 的重要标 志） （物） ：没有多大的选择性（可逆） ； 选择性 （化） ：具有较高的选择性（不可逆） 。 （物） ：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附量随 温度上升而上升； 温度的影响 （化） ：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能，吸附 与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物） ：单分子层或双分子层，解析容易，低压多为单分子 吸附层厚度 层随吸附压力增加变为多分子层； （化） ：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。 吸附作用力
吸附的基础理论
吸附的基础理论自从1773年席勒（C. W. Scheele）发现“木炭一气体”体系中的吸附现象以来，吸附操作在化学、食品等工业部门，对气体和液体的精制、分离等方面得到广泛的应用。
最近，尤其是使用活性炭、分子筛为吸附剂的吸附操作，在天然气、空气净化或下水道废水及工业废水的深度处理等有关防止公害污染的部门中，亦得到了广泛应用，从而引起了人们的注意。
当流体（气体或液体）与多孔的固体表而接触时，由于气体或液体分子与固体表面分于之间的相互作用，流体分子会停留在固体表面上，这种使流体分子在固体表面上浓度增大的现象称力固体表面的吸附现象。
吸附操作，就是利用多孔性固体对流体混合物中各组分的选择性吸附。
当流体与团体表面接触时，流体中一种或几种组分被选择性地吸附在固体表面上，这样就达到了被吸附组分与流体中其他组分分离的目的。
通常被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的固体称吸附剂。
吸附过程的特点吸附操作的主要优点是选择性高。
因为固体表面是凹凸不平的，而且不同的固体表面的分子具有不同的特性，其吸附力也不同。
因此不同的吸附剂对不同吸附质的吸附效果往往有很大差别。
这样，吸附可用以分离其他分离过程难以分离的流体混物。
又因多孔的固体吸附剂具有巨大的内表面积，吸附速度极快，吸附作用可以进行得相当完全。
用它可有效地回收浓度很低的溶质，而留下大量无用的气体或液体；可消除浓度很低的有害或无用的组分而得到大量洁净的气体或液体，其分离效果多半是其他分离操作（如蒸馏、吸收、干燥等过程）难以达到的。
当物理吸附时，根据吕•查德里原理，温度越低，吸附量越大。
物理吸附与化学吸附根据吸附剂表面与被吸附物质之间的作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。
物理吸附是指流体中被吸附物质分子与固体吸附剂表面分子间的作用力为分子间吸引力，即“范德华力”所造成的；在吸附剂表面能形成有数个吸附质分子的厚度（多分子）或单分子的—个吸附层；其吸附速度很快，相问的平衡—般在瞬间即可达到；吸附过程类似气体凝聚的物理过程，放出的热量相当于气体的凝聚热。
环境工程第十一章 吸附(极力推荐)
当吸附速度和解吸速度相等时， 流体中吸附质浓度不再改变时 → → 吸附平衡
吸附剂吸附能力用吸附量q表示。
吸附速度
二、单组分气体吸附平衡 当流体为气体时，当气体和固体的性质一定时， 平衡吸附量q是气体压力及温度的函数: q = f（p , T） 通常吸附量随温度的上升而减少，随压力的升高而增大。 分三种情况讨论： (1)T＝常数，q = f（p）吸附等温式
相对吸附量
•当n>10，吸附等温线几 乎变成矩形，是不可逆 吸附。
相对压力
弗兰德里希等温线
弗兰德里希公式参数的求解： 对吸附等温式两边取对数：
1 lg q lg k lg y n
1/n k
双对数坐标
•1/n越小，说明吸附可在相当宽的浓 度范围下进行。 •一般认为 1/n = 0.1 – 0.5 时容易吸附
y——液相中吸附质浓度 Langmuir公式分析： 当p（或y）很小时，则：q=aqmp（或q=aqmy） 呈亨利定律，即吸附量与流体的平衡分压（或浓度） 成正比。 当p时， q=qm 此时，吸附量与流体的浓度无关，吸附剂表面被占 满，形成单分子层。
如何求解langmuir公式参数？ 公式变换得： 1
1 1 1 q aqm y qm
1/q
1/(aqm)
1/qm
1/y
由qm可求吸附剂的比表面积S(m2/g)：
S = q m N AA m NA：阿佛加德罗常数，=6.0231023 mol-1 Am：每个被吸附分子所占有的面积, cm2 在一定温度下，Am随吸附质不同，其值不同。 随qm单位的不同，可写成不同的式子： S=(qmNAAm)10-20, 式中：qm——mol/g
•吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。
7.7固体对气体吸附
=
C−1 Vm C
⋅p
/
ps
+
1 VmC
p / ps
V(1 − p / ps
)
=
39.14 × 103
⋅
p / ps
+
1.78
× 103
( r= 0.9999 n=6)
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药学院物理化学教研室
三. 吸附等温式
例 0°C，1.876×10–3kg的某催化剂吸附丁烷，求其比表面积。
/
m
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药学院物理化学教研室
三. 吸附等温式
例 0°C，1.876×10–3kg的某催化剂吸附丁烷，求其比表面积。 已知，丁烷分子截面积= 44.6×10–20 m2， 0°C时，ps = 10.32×104 Pa。
p(10-4Pa) 0.752 1.193 1.669 2.088 2.350 2.499
=
Γ Γm
代入上式
Γ = Γmbp 1 + bp
Langmuir式
返回
药学院物理化学教研室
三. 吸附等温式
Γ = Γmbp 1 + bp
Langmuir式
特点： p很小时，1>>bp，Γ =Γmbp = Kp
p很大时，1<<bp，Γ =Γm 线性关系式：
Γ
(1) 1 = 1 ⋅ 1 + 1 Γ Γmb p Γm
V
Vm
=
1 斜率
=
1 9038
=
1.106 × 10−4 m3
b=
截距 斜率
=
1.198 × 109 9038
= 7.545 × 10−6 Pa−1
变压吸附气体分离技术
变压吸附气体分离技术目录序言…………………………………………………………….第一节气体吸附分离的基础知识………………………….一、吸附的定义………………………………………….二、吸附剂……………………………………………….三、吸附平衡和等温吸附线——吸附的热力学基础….四、吸附过程中的物质传递…………………………….五、固定床吸附流出曲线——吸附动力学基础……….第二节变压吸附的工作原理……………………………….一、吸附剂的再生方法…………………………………..二、变压吸附的工作步骤………………………………..三、吸附剂的选择………………………………………..第三节变压吸附技术的应用………………………………..一、回收和精制氢………………………………………..二、从空气中制取富氧……………………………………三、回收和制取纯二氧化碳………………………………四、从空气中制取纯氮……………………………………五、回收和提取一氧化碳…………………………………六、从变换气中脱出二氧化碳…………………………….附Ⅰ：变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明……………….附Ⅱ：回收率的计算方法……………………………………….第一节气体吸附分离的基础知识一、吸附的定义当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面的原子的剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。
相反，固体表面上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。
被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层，称为吸附相。
吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。
当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的压力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。
吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。
伴随吸附过程所释放的的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。
第三章固体的吸附
• 五、吸附量测定方法—重量法 • 实验装置如图。将吸附剂放在样品托盘3中， 吸附质放在样品管4中。首先加热炉子6， 并使体系与真空装置相接。到达预定温度 和真空度后，保持2小时，脱附完毕，并将 吸附管在真空下密封，记下石英弹簧2下面 某一端点的读数；然后设法打破盛有吸附 质的玻璃球，让吸附质蒸发，用恒温槽的 温度来控制吸附质的蒸汽压。在一定的温 度和蒸汽压下，吸附达到平衡，读取石英 弹簧2下面某一端点的读数，差值就是吸附 量。然后增加吸附质的蒸汽压，就可以测 得吸附等温线。
第三节 固体对气体吸附的等温吸附方程 单分子层吸附理论——Laugmuir方程 一、单分子层吸附理论 方程 1916年，Laugrmuir根据分子间作用力 年 根据分子间作用力 随距离上升而迅速下降的事实， 随距离上升而迅速下降的事实，提出了他 的吸附理论，他假设： 的吸附理论，他假设： 1、只有碰撞在空间表面的分子才有可能被 、 吸附(单分子层吸附 单分子层吸附) 吸附 单分子层吸附 2、被吸附分子间无作用力，因而分子脱附 、被吸附分子间无作用力， 不受周围分子的影响， 不受周围分子的影响，且固体表面是均匀 的。 3、吸附速率与解吸速率相等时，达到吸附 、吸附速率与解吸速率相等时， 平衡
Vm 22400
A A
• 二、Freundlich 等温式 • lg V= lgK+ 1 lg P ： n • V: 吸附量，cm3/g
• k，n是与温度、系统有关的常数。 • Freundlich吸附公式的适用范围比Langmuir公式 要宽，适用于物理吸附、化学吸附和溶液吸附
• 三、多分子层吸附理论（BET）及等温式
• 固体表面的特点
• 固体的表面结构
附加原子 平台 平台空位 台阶附加原子
固体表面对气体的吸附
吸附量与吸附剂本质、吸附平衡时的 温度及气体压力有关。对于一个给定系 统
Γ=f(T,p)
常在上式的三个变量中固定一个变量 ，求出其它两个变量之间的函数关系。 如：
二、吸附等温 线
反映Γ 、 T、 p 中两个变量函数关系的
曲线称为吸附曲线，共分为三种：
吸附等量线：吸附量一定时，吸附温
度T与吸附质平衡分压p之间的关系曲线
。
在吸附等量线中，T 与 p之间关系类
似于克拉贝龙方程，可以用来求算吸附
二、吸附等温 线
吸附等压线：吸附质平衡分压一定时，
吸吸附附温等度压T和线吸可附以量Γ之间的关系曲线。
用来判别吸附类型 。
物理吸附很容易 达到平衡，吸附量 随温度升高而下降 。
CO在钯表面的吸附
二、吸附等温 线
吸附等温线（absorption isotherm curve）：温度恒定时，吸附质平衡分
实际应用时需将公式线性化：
p1 p
V bVm Vm
以 p/V 对 p 作图
1
1
1 Vm
得一直V线m ，其斜率bV m为
1
bV m
，截距为
，可
由斜率和截距求得 b
五、多分子层吸附理论—BET公式
大多数气-固吸附为物理吸附， 物理吸附基本上都是多分子层吸附。
五、多分子层吸附理论—BET公式
在兰格缪尔吸附理论的 基础上，1938年布鲁诺（ Brunauer）、埃米 (EmBEmTe理t)论和的泰假勒设(T：eller)三 人提吸出附了为多多分分子子层层的的气；固 吸附第理一论层，吸简附称是B固ET体吸表附面分子与吸附质分 理子论之。间的分子间力，从第二层以后的各层 吸附是吸附质分子之间的分子间力，因此 第一层和其它各层的吸附热不同时一般要将BET公式线性化
第十三章吸附1
5.吸附剂的再生及方法：
吸附剂的再生，即吸附剂脱附，对吸附过 程是非常重要的。 通常采用的方法： 提高温度或降低吸附质在气相中的分压。 这样的结果： 吸附质将以原来的形态从吸附剂上回到气相 或液相，这种现象称为“脱附”，所以物理吸 附过程是可逆的。 吸附分离过程正是利用物理吸附的这种可 逆性来实现混合物的分离。
⑵ 化学吸附有较高的选择性。如氯可以被钨或镍化学吸 附。物理吸附则没有很高的选择性，它主要取决于气体或 液体的物理性质及吸附剂的特性。
⑶ 化学吸附时，温度对吸附速率的影响较显著，温度 升高则吸附速率加快，因其是一个活化过程，故又称活 化吸附。而物理吸附即使在低温下，吸附速率也可能较 大，因它不属于活化吸附。 ⑷ 化学吸附总是单分子层或单原子层，而物理吸附则 不同，低压时，一般是单分子层，但随着吸附质分压 增大，吸附层可能转变成多分子层。
⑵ 化学吸附
是由吸附质与吸附剂分子间化学健的作用所引起， 其间结合力比物理吸附大得多，放出的热量也大得多， 与化学反应热数量级相当，过程往往不可逆。化学吸附 在催化反应中起重要作用。
工业上应用的多为物理吸附，军事上应用的多为化 学吸附。
本章主要讨论物理吸附。
4. 吸附机理的判断依据：
⑴ 化学吸附热与化学反应热相近，比物理吸附热大得多。 如二氧化碳和氢在各种吸附剂上的化学吸附热为83740J／ mol和62800J／mol，而这两种气体的物理吸附热约为 25120J／mol和8374J／mol。
根据原料配比、组成和制造方法不同，可以制成不同孔径(一 般从 3 Å到8 Å) 和形状( 圆形、椭圆形) 的分子筛。分子筛是极性吸 附剂，对极性分子，尤其对水具有很大的亲和力。由于分子筛突 出的吸附性能，使得它在吸附分离中有着广泛的应用，主要用于 各种气体和液体的干燥，芳烃或烷烃的分离及用作催化剂及催化 剂载体等。表9-1所示为分子筛的特性与应用。
固体表面的吸附与催化作用
固体表面的吸附与催化作用1. 引言固体表面的吸附与催化作用是物理化学中的重要概念。
在许多化学和工艺过程中，固体表面吸附和催化作用都发挥着至关重要的作用。
本文将探讨固体表面的吸附现象、催化机理以及它们在各种应用领域中的重要性。
2. 固体表面的吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子或离子附着在固体表面上的现象。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
2.1 物理吸附物理吸附也称为范德华吸附，是由于分子之间的范德华力相互作用引起的。
范德华力是一种短程力，主要由于分子之间的偶极-偶极相互作用或分子之间的诱导相互作用。
物理吸附通常发生在低温下，吸附量与温度呈反比关系。
2.2 化学吸附化学吸附是指气体或液体中的分子与固体表面上的活性位点形成化学键的过程。
化学吸附通常发生在高温下或在存在催化剂的情况下。
化学吸附是可逆的，并且在形成化学键的同时伴随着能量释放或吸收。
3. 固体表面的催化作用催化是指通过催化剂加速化学反应速率的过程。
固体表面上的催化作用是许多工业和生物过程中的关键步骤。
3.1 催化剂的种类常见的固体催化剂包括金属、金属氧化物和金属碱土（如钙、镁）等。
不同的催化剂对不同的反应具有不同的催化活性。
选择合适的催化剂对于提高反应的效率至关重要。
3.2 催化机理固体催化作用的机理主要包括表面吸附、反应和解离等过程。
在催化反应中，反应物吸附到催化剂表面上，形成中间体，然后通过反应形成产物。
催化剂能够提供活化能，降低反应的能量阻隔，从而加速反应速率。
4. 固体表面的吸附与催化在应用中的重要性4.1 催化剂在工业中的应用催化剂在许多化学工业过程中被广泛应用，例如氨合成、石油cracking、氧化反应等。
通过催化剂，可以提高反应速率、节省能源和原料，并减少副产物的生成。
4.2 固体表面的吸附在环境治理中的应用固体表面的吸附作用可以用于废水处理和空气污染控制中。
通过将污染物吸附到固体表面上，可以有效去除或降低污染物对环境的危害。
表面活性剂的吸附作用浅析
表面活性剂的吸附作用浅析发表时间：2019-06-10T15:59:56.593Z 来源：《知识-力量》2019年8月29期作者：王祥程[导读] 表面活性剂剧透粘度低、润湿性好、有较好乳化降粘的作用且在低浓度情况下能有效降低表面张力的良好性能，因此在油田开发过程中有大量的应用。
但研究发现在油田应用时用量较高，因此探究表面活性剂的吸附作用对于其在油田的经济有效的使用具有重要作用。
（成都理工大学能源学院，610059）摘要：表面活性剂剧透粘度低、润湿性好、有较好乳化降粘的作用且在低浓度情况下能有效降低表面张力的良好性能，因此在油田开发过程中有大量的应用。
但研究发现在油田应用时用量较高，因此探究表面活性剂的吸附作用对于其在油田的经济有效的使用具有重要作用。
关键词：表面活性剂；吸附；作用机理1 表面活性剂表面活性剂，是指加入少量该物质就能够使得改溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。
具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。
表面活性剂的分子结构具有两亲性：其中一端是亲水基团，另一端是疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂按离子类型分类可以分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂）、非离子型表面活性剂等。
在驱替过程中表面活性剂会被吸附在岩石、油砂等固体表面，造成表面活性剂在油藏中的大量损耗，不仅带来直接的经济损失，也对驱替效果造成影响。
因此，探究表面活性剂的吸附性意义重大。
2 吸附作用2.1 吸附作用概述当气相或液相中的分子或原子、离子碰撞到固体表面时，由于它们之间的相互作用,使一些分子或原子、离子停留在固体表面上。
当体系达到热力学平衡时，固体表面上的气相或液相分子或原子、离子的浓度比在气相或液相中的浓度大，这种现象称为吸附作用。
通常把固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质，吸附质可以是气体或液体。
自然科学自由能与吸附原理
下面我们简化一些情况进行讨论
假定有一各向异性的固体，其表
dA1
面张力可以分解成互相垂直的二
γ1
个分量，分别用γ1和γ2表示，若在 二个方向上面积的增加为dA1和
γ2 dA2
dA2，如右图所示。
γ 1 d1 A γ 2 d2 A d( s ) G A s d G As d（G 8）
其中 dA=dA1+dA2 式（8）即是Shuttleworth导出的各向异性固体
的两个不同方向的表面张力γ1和γ2与表面自由
能 G S 的关系。对于各向同性的固体，
γ1=γ2=γ 式（8）就变成
GsA(G As)T,P,n （9）
光反射法
用强的光源通过狭缝，照射到 三相交界处，改变入射光的方 向，当反射光刚好沿着固体表 面发出时，可以根据入射光与
反射光的夹角2 计算接触角。
2
非理想固体表面上的接触角
在一般固体表面： （l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），
固体表面在化学组成上往往不均一；
（2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不 同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷， 其表面自由能亦可能不同；
铺展：置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在
固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。
体系自由能的变化为：
Ggllsgs
或
S G g s g l ls
S称为铺展系数，S>0 是液体在固体表面上 自动展开的条件。
液体
V
在固
体表
L
面的
铺展
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V V m
a
单位：m3· g-1
体积要换算成标准状况(STP)
4、吸附量与温度、压力的关系
对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达
到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力
的函数，即：
q f (T , p)
通常固定一个变量，求出另外两个变量之 间的关系，例如：
(1)T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。
1 1 用实验数据，以 a ~ 作图得一直线，从斜 p V
这是Langmuir吸附公式的又一表示形式。
率和截距求出吸附系数b和铺满单分子层的气
体体积Vm。
Vm是一个重要参数。从吸附质分子截面积 am，可计算吸附剂的总表面积as。
V as L am V0
V0：1mol气体在标准状况下的体积； L：阿伏加德罗常数。
a m
作业：P300：习题12，13（请用电脑作图）
当然吸附量会有所不同。
d、吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 f、吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升高
e、吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 而变快。
总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转 移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。
B、化学吸附
具有如下特点的吸附称为化学吸附：
为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：
氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
2、吸附的类型
A、物理吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： a、吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引 力产生的，一般比较弱。
b、吸附热较小，接近于气体的液化热，一般附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，
率加快。
总之：化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质
分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱
中会出现新的特征吸收带。
不能将物理吸附与化学吸附截然分开。
3、吸附量的表示 吸附量通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量；
n n m
a
单位：mol· g-1
(2)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
蒸汽压，p为吸附质的压力)
二、Langmuir吸附等温式
Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被
吸附蒸汽压力之间的定量关系。他在推导该公
式的过程引入了四个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的； (3)被吸附分子之间无相互作用；
(4)吸附平衡是动态平衡。
设：表面覆盖度θ
§8.3 气体在固体表面上的吸附
一、气固吸附的一般常识 正由于固体表面原子受力不对称和表面 结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子， 使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和 催化的活性不同。
1、吸附剂和吸附质 当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体 称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。
a、吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的
化学键力，一般较强。
b、吸附热较高，接近于化学反应热，一般在
40kJ/mol以上。 c、吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与 之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子， 反之亦然。
d、吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。 e、吸附是单分子层的。
f、吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速
已被吸附质覆盖的固体表面积 θ= 固体总的表面积 则空白表面为(1 - θ )
A(g) M( 表面) AM
k 1
k1
v(吸附)=k1p( 1-θ)N
v(脱附)=k-1 θN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
k1p( 1- θ ) =k-1 θ k1p(1 - θ )=k-1 θ 设b = k1/k-1， 得：
单位：Pa-1，
bp 1 bp
这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中b 称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸附气 体能力的强弱程度。
将θ =V/Vm代入Langmuir吸附公式
重排后可得：
bp V V 1 bp
a a m
1 1 1 1 a a a V Vm Vm b p
(2)p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。
(3)q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。
5、吸附等温线的类型 从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性
质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互
作用等有关信息。 常见的吸附等温线有如下5种类型：(图中 p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和