固体吸附动力学模型[优质ppt]
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固体表面吸附PPT课件
SG
desorption
At equilibrium : ra = rd
ra : rate of adsorption
rd : rate of desorption
(3) Amount adsorbed (吸附量）
Vg ,STP madsorbent
nadsorbate madsorbent
第五页，课件共36页。
or ln ln k 1 ln p n
本式原为经验方程式, k、n为经验常数
后在下述假设模型下，自理论导出 （a) 吸附为单分子层吸附
(b) 固体表面是不均匀的
Ha H0 Aln
第十八页，课件共36页。
(பைடு நூலகம்) Temkin equation Aln(Bp) RT ln(Bp) a
理论模型： (a) 单分子层吸附
黏土具有晶体结构，主要有三种晶格类型，既高 龄石、蒙脱石、伊利石。
黏土作为固体吸附剂，其吸附机理与不同黏土的晶体 结构有关。
应用广泛
第三十一页，课件共36页。
（5）硅藻土
硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少 量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质
天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其具有特 征理化性质的原因
固体表面吸附
第一页，课件共36页。
思考题
• 表面活性剂具有的那些重要性质，与表 面活性剂的结构和特性有关系吗？
• 表面活性剂为什么能在表面形成表面吸 附和定向排列？什么情况下，表面活性 剂会在溶液中形成胶束？
• 为什么气泡、液滴和肥皂泡都是球型？ 它们受到的附加压力相等吗？为什么气 泡比肥皂泡容易破裂？
用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂
desorption
At equilibrium : ra = rd
ra : rate of adsorption
rd : rate of desorption
(3) Amount adsorbed (吸附量）
Vg ,STP madsorbent
nadsorbate madsorbent
第五页，课件共36页。
or ln ln k 1 ln p n
本式原为经验方程式, k、n为经验常数
后在下述假设模型下，自理论导出 （a) 吸附为单分子层吸附
(b) 固体表面是不均匀的
Ha H0 Aln
第十八页，课件共36页。
(பைடு நூலகம்) Temkin equation Aln(Bp) RT ln(Bp) a
理论模型： (a) 单分子层吸附
黏土具有晶体结构，主要有三种晶格类型，既高 龄石、蒙脱石、伊利石。
黏土作为固体吸附剂，其吸附机理与不同黏土的晶体 结构有关。
应用广泛
第三十一页，课件共36页。
（5）硅藻土
硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少 量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质
天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其具有特 征理化性质的原因
固体表面吸附
第一页，课件共36页。
思考题
• 表面活性剂具有的那些重要性质，与表 面活性剂的结构和特性有关系吗？
• 表面活性剂为什么能在表面形成表面吸 附和定向排列？什么情况下，表面活性 剂会在溶液中形成胶束？
• 为什么气泡、液滴和肥皂泡都是球型？ 它们受到的附加压力相等吗？为什么气 泡比肥皂泡容易破裂？
用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂
固体表面的吸附ppt课件
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： (a)T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。 (b)p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。 (c)q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。
Langmuir isothermal adsorption equation
ap 1 ap
或
q V a p q V 1a p m a x m a x
a= ka/kd : 吸附系数(adsorption coefficient) (吸附平衡常数）
Discussion:
(a) isotherm: at low pressure , ap＜＜1,θ＝ap, V∝p at high pressure, ap＞＞1, θ＝1, V= Vmax Vmax: saturated amount of adsorption (即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)
固体表面的吸附
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。 Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400 大多数固体比液体具有更高的表面能
(3) Amount adsorbed (吸附量）
(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。 体积要换算成 3 1 标准状况(STP) (2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
q V / m 单 位 ： m g
q n / m单 位 ： m o l g
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： (a)T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。 (b)p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。 (c)q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。
Langmuir isothermal adsorption equation
ap 1 ap
或
q V a p q V 1a p m a x m a x
a= ka/kd : 吸附系数(adsorption coefficient) (吸附平衡常数）
Discussion:
(a) isotherm: at low pressure , ap＜＜1,θ＝ap, V∝p at high pressure, ap＞＞1, θ＝1, V= Vmax Vmax: saturated amount of adsorption (即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)
固体表面的吸附
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。 Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400 大多数固体比液体具有更高的表面能
(3) Amount adsorbed (吸附量）
(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。 体积要换算成 3 1 标准状况(STP) (2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
q V / m 单 位 ： m g
q n / m单 位 ： m o l g
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍 ppt课件
AB
d d B C td d A C k t 1 0 C A k 2 0 C B k 1 0 C A 0 C A 0 X A k 2 0 C B 0 C B 0 X B
平衡条件： KC
CBe CAe
k20 k10
lnC C A0A0 C C AAek10k2 0t
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
qe qmax KLqmax
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
qmax：吸附剂的最大吸附量，与吸附位有关， 理论上讲与温度是无关的。
KL=K0exp（-Ea/RT） 可以通过不同温度的下的KL计算Ea，而后判 断吸附过程是化学过程还是物理过程
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
优点： （1）考虑了吸附剂表面和温度的影响 （2）应用广泛，很多吸附过程符合这一模型 （3）可以预测吸附剂的最大吸附量 缺点： 模型的假设条件与实际相差甚远，得到的信息存在
Toth equation(5)
在朗格缪尔方程的基础上引入参数nT:不均匀能量
参数。
方程： qe
qm
bTCe a(x1(bTCe)nT)1nT
几乎可以应用与所有pH范围
吸附平衡与动力学研究常用模型 介绍
一级动力学模型：
dq dt k1(qe q)
边界条件：t = 0, q=0; t = t, q=q
方程： Ft162n 1n 12exp n2Bt
F(t)：达到平衡的比例； F(t)=q/qe Bt: 关于F(t)的一个函数
F(t)>0.85 F(t)<0.85
Bt=0.4977-ln(1- F(t))
Bt=
23Ft2
吸附平衡与动力学研究常用模型 介绍
The Weber and Morris model(内扩散模 型)(7)
d d B C td d A C k t 1 0 C A k 2 0 C B k 1 0 C A 0 C A 0 X A k 2 0 C B 0 C B 0 X B
平衡条件： KC
CBe CAe
k20 k10
lnC C A0A0 C C AAek10k2 0t
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
qe qmax KLqmax
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
qmax：吸附剂的最大吸附量，与吸附位有关， 理论上讲与温度是无关的。
KL=K0exp（-Ea/RT） 可以通过不同温度的下的KL计算Ea，而后判 断吸附过程是化学过程还是物理过程
吸附平衡与动力学研究常用模型介绍
优点： （1）考虑了吸附剂表面和温度的影响 （2）应用广泛，很多吸附过程符合这一模型 （3）可以预测吸附剂的最大吸附量 缺点： 模型的假设条件与实际相差甚远，得到的信息存在
Toth equation(5)
在朗格缪尔方程的基础上引入参数nT:不均匀能量
参数。
方程： qe
qm
bTCe a(x1(bTCe)nT)1nT
几乎可以应用与所有pH范围
吸附平衡与动力学研究常用模型 介绍
一级动力学模型：
dq dt k1(qe q)
边界条件：t = 0, q=0; t = t, q=q
方程： Ft162n 1n 12exp n2Bt
F(t)：达到平衡的比例； F(t)=q/qe Bt: 关于F(t)的一个函数
F(t)>0.85 F(t)<0.85
Bt=0.4977-ln(1- F(t))
Bt=
23Ft2
吸附平衡与动力学研究常用模型 介绍
The Weber and Morris model(内扩散模 型)(7)
固体吸附动力学模型PPT文档16页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
固体吸附动力学模型
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉
固体吸附动力学模型
材料的吸附过程分为吸附剂表面吸附和孔道缓慢扩散两个吸附过程； 直线都不经过原点，说明内扩散不是控制吸附过程的唯一步骤。
Bangham 孔道扩散模型
在吸附过程中Bangham（班厄姆）方程常被用来描述孔道扩散 机理。
当线性拟合得到较好直线，拟合系数R2 大于0.99时 表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。
q e表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸附 K f表示二级吸附速率常数。
根据线性拟合判定系数R2 判断是否符合
W-M动力学模型 Weber and Morris模型常用来分析反应中的控制步骤，求出吸附
剂的颗粒内扩散速率常数。
C是涉及到厚度、边界层的常数。kip是内扩散率常数。qt对t1/2 作图是直线且经过原点，说明内扩散由单一速率控制。
动力学模型： 以动力学为理论基础，结合具体的实际或者虚
拟的课题而作的有形或者是无形的模型。
固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学过程可
用准一级、准二级、韦伯-莫里斯内扩散模型和班 厄姆孔隙扩散模型来进行描述。
准一级动力学模型
基于固体吸附量的Lagergren（拉格尔格伦）一级速率方程是最为常见的，应用 于液相的吸附动力学方程，模平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸附量， K f表示一级吸附速率常数。
以log（q e-q t）对t作图，如果能得到一条直线，说 明其吸附机理符合准一级动力学模型。
准二级动力学模型
是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制， 这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子 共用或电子转移。 动力学模型公式：
Arrhenius（阿仑尼乌斯） equation Elovich（叶诺维奇） equation
几种吸附动力学模型简介
固体吸附动力学模型
基于固体吸附量的Lagergren（拉格尔格伦）一级速率方程是最为常见的，应 用于液相的吸附动力学方程，模型公式如下：
q e(mg·g-1)表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸附量， K f表示一级吸附速率常数。
5
编辑ppt
以log（q e-q t）对t作图，如果能得到一条直线， 说明其吸附机理符合准一级动力学模型。
Weber and Morris模型常用来分析反应中的控制步骤，求出吸 附剂的颗粒内扩散速率常数。
C是涉及到厚度、边界层的常数。kip是内扩散率常数。qt对t1/2 作图是直线且经过原点，说明内扩散由单一速率控制。
9
编辑ppt
材料的吸附过程分为吸附剂表面吸附和孔道缓慢扩散两个吸附过程； 直线都不经过原点，说明内扩散不是控制吸附过程的唯一步骤。
6
编辑ppt
准二级动力学模型
是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控 制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的 电子共用或电子转移。
动力学模型公式：
q e表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸 附
K f表示二级吸附速率常数。
7
编辑ppt
根据线性拟合判定系数R2 判断是否符合
8
编辑ppt
W-M动力学模型
10
编辑ppt
Bangham 孔道扩散模型
在吸附过程中Bangham（班厄姆）方程常被用来描述孔道扩 散机理。
11
编辑ppt
当线性拟合得到较好直线，拟合系数R2 大于0.99时 表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。
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Arrhenius（阿仑尼乌斯） equation Elovich（叶诺维奇） equation
q e(mg·g-1)表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸附量， K f表示一级吸附速率常数。
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以log（q e-q t）对t作图，如果能得到一条直线， 说明其吸附机理符合准一级动力学模型。
Weber and Morris模型常用来分析反应中的控制步骤，求出吸 附剂的颗粒内扩散速率常数。
C是涉及到厚度、边界层的常数。kip是内扩散率常数。qt对t1/2 作图是直线且经过原点，说明内扩散由单一速率控制。
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材料的吸附过程分为吸附剂表面吸附和孔道缓慢扩散两个吸附过程； 直线都不经过原点，说明内扩散不是控制吸附过程的唯一步骤。
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准二级动力学模型
是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控 制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的 电子共用或电子转移。
动力学模型公式：
q e表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸 附
K f表示二级吸附速率常数。
7
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根据线性拟合判定系数R2 判断是否符合
8
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W-M动力学模型
10
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Bangham 孔道扩散模型
在吸附过程中Bangham（班厄姆）方程常被用来描述孔道扩 散机理。
11
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当线性拟合得到较好直线，拟合系数R2 大于0.99时 表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。
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Arrhenius（阿仑尼乌斯） equation Elovich（叶诺维奇） equation
固体表面吸附优秀课件
Γ p1 p2 p3
(c) 吸附等量线
p Γ1 Γ2Γ3
T
T
（5） 物理吸附和化学吸附 Physical adsorption and chemical adsorption
物理吸附和化学吸附的比较
物理吸附
吸附力 范德华力 吸附热 较小(～液化热) 选择性 无选择性 稳定性 不稳定,易解吸 分子层 单分子层或多分子层
In general
ΔHa< 0
T↑ ， a↓， Γ↓
p
T
(lTnp) RHT2a' Ha' :adsorphtieoaanttconstaam ntoun
Ha Ha'
(d) Other situations ① Dissociation of adsorbate
A2 + 2S = 2AS
kap(1)2kd2
(即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)
Γ Γmax
p
(b) 方程式可改写为: pp1 orppp m am V Vm am V
P/V
p 以p/Γ(或p/V)对p作图,可求Γmax(Vmax) 和a.
(ca )ka/kbf(T)
lna ( T )p
RHT2a
ΔHa : 等压吸附热(adsorption heat at constant pressure)
吸附速率： rakap(1)
p ：被吸附气体的压力 θ：表面覆盖率(fraction of the surface covered) 1- θ: 表面空白率(fraction of the surface vacancy)
脱附速率： rd kd
aet quim librra iu rd
(c) 吸附等量线
p Γ1 Γ2Γ3
T
T
（5） 物理吸附和化学吸附 Physical adsorption and chemical adsorption
物理吸附和化学吸附的比较
物理吸附
吸附力 范德华力 吸附热 较小(～液化热) 选择性 无选择性 稳定性 不稳定,易解吸 分子层 单分子层或多分子层
In general
ΔHa< 0
T↑ ， a↓， Γ↓
p
T
(lTnp) RHT2a' Ha' :adsorphtieoaanttconstaam ntoun
Ha Ha'
(d) Other situations ① Dissociation of adsorbate
A2 + 2S = 2AS
kap(1)2kd2
(即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)
Γ Γmax
p
(b) 方程式可改写为: pp1 orppp m am V Vm am V
P/V
p 以p/Γ(或p/V)对p作图,可求Γmax(Vmax) 和a.
(ca )ka/kbf(T)
lna ( T )p
RHT2a
ΔHa : 等压吸附热(adsorption heat at constant pressure)
吸附速率： rakap(1)
p ：被吸附气体的压力 θ：表面覆盖率(fraction of the surface covered) 1- θ: 表面空白率(fraction of the surface vacancy)
脱附速率： rd kd
aet quim librra iu rd
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Arrhenius（阿仑尼乌斯） equation Elovich（叶诺维奇） equation
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q e(mg·g-1)表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸附量， K f表示一级吸附速率常数。
以log（q e-q t）对t作图，如果能得到一条直线， 说明其吸附机理符合准一级动力学模型。
准二级动力学模型
是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控 制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的 电子共用； 直线都不经过原点，说明内扩散不是控制吸附过程的唯一步骤。
Bangham 孔道扩散模型
在吸附过程中Bangham（班厄姆）方程常被用来描述孔道扩 散机理。
当线性拟合得到较好直线，拟合系数R2 大于0.99时 表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。
动力学模型公式：
q e表示平衡吸附量，q t 表示时间为t时的吸 附
K f表示二级吸附速率常数。
根据线性拟合判定系数R2 判断是否符合
W-M动力学模型 Weber and Morris模型常用来分析反应中的控制步骤，求出吸
附剂的颗粒内扩散速率常数。
C是涉及到厚度、边界层的常数。kip是内扩散率常数。qt对t1/2 作图是直线且经过原点，说明内扩散由单一速率控制。
几种吸附动力学模型简介 ——蒋周青
报告内容
基本概念 准一级动力学模型 准二级动力学模型 W-M动力学模型 Bangham 孔道扩散模型
基本概念
动力学：
1、是研究各种因素对化学反应速率影响的规律；
2、研究化学反应过程经历的具体步骤即所谓反应机理；
3、是探索将热力学计算得到的可能性变为现实性；
4、将实验测定的化学反应系统宏观量间的关系通过经 验 公式关联起来。
动力学模型： 以动力学为理论基础，结合具体的实际
或者虚拟的课题而作的有形或者是无形的模型。
固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学
过程可用准一级、准二级、韦伯-莫里斯内扩散模 型和班厄姆孔隙扩散模型来进行描述。
准一级动力学模型
基于固体吸附量的Lagergren（拉格尔格伦）一级速率方程是最为常见的，应 用于液相的吸附动力学方程，模型公式如下：