吸附热力学-吸附及吸附过程
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。
吸附技术知识点总结
吸附技术知识点总结一、概述吸附技术是一种物理或化学过程，通过在固体表面或孔隙中吸附气体、液体或溶质来分离或提纯物质的方法。
吸附技术具有高效、节能、环保、易操作、低成本等优点，在化工、环保、能源、医药等领域得到了广泛应用。
吸附技术可分为气体吸附和液体吸附两种类型，其中气体吸附主要用于气体分离和净化，液体吸附主要用于溶剂回收和废水处理。
二、吸附过程的基本原理吸附过程是指物质在固体表面或孔隙中附着的过程，其基本原理可归结为几种主要机制：1. 物理吸附：也称范德华吸附，是指气体或液体分子在固体表面附着的一种物理现象。
其特点是吸附力弱，吸附物质易脱附。
物理吸附是一种可逆过程，通常在低温和高真空条件下发生。
2. 化学吸附：指气体或液体分子在固体表面形成化学键而附着的过程。
其特点是吸附力强，吸附物质难脱附。
化学吸附是一种不可逆过程，通常发生在较高温度和压力条件下。
3. 吸附热力学：吸附过程的热力学基础是吉布斯自由能的变化，吸附热力学理论可用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附行为，包括吸附等温线、吸附等压线等。
4. 吸附动力学：吸附过程的动力学基础是质量传递、传质速率、平衡时间等，用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附速率和平衡时间等动态过程。
三、气体吸附技术气体吸附技术是指利用固体吸附剂吸附气体分子的方法，常用于气体分离和净化领域。
1. 吸附剂的选择：气体吸附剂通常为多孔性固体，如活性炭、分子筛、铝土矿、氧化铝、硅胶等。
根据吸附剂的孔径、比表面积、孔隙分布等特性选择适合的吸附剂。
2. 吸附分离：气体吸附分离常用于分离气体混合物，如氧气/氮气、二氧化碳/甲烷等。
通常利用吸附剂在一定温度、压力下对气体混合物进行吸附分离，根据各气体在吸附剂上的吸附力差异实现气体分离。
3. 吸附净化：气体吸附净化常用于去除气体中的有害成分，如有机物、硫化物、氮氧化物等。
通常利用吸附剂对气体中的有害成分进行吸附，实现气体净化和净化剂再生。
气相色谱吸附过程的热力学函数变化及规律探讨i.某些直链烷和醇在porapak上的吸附
气相色谱吸附过程的热力学函数变化及规律探讨i.某些直链烷和醇在porapak上的吸附气相色谱是一种常用的分离技术，其中吸附是其关键步骤之一。
针对某些直链烷和醇在porapak 上的吸附过程，其热力学函数变化及规律如下：1. 熵变：熵减是吸附过程中最主要的热力学函数变化，因为吸附将分子从气态转移到了固态或液态，使得系统的自由度减小，因此熵减是不可避免的。
2. 焓变：焓变与熵变密切相关，吸附过程需要克服分子间的相互作用力，因此也会产生一定的焓变化。
但一般来说，焓变比熵变小得多，因为分子间的相互作用力较弱。
3. 自由能变化：自由能变化ΔG=ΔH-TΔS是衡量吸附是否有利的重要指标。
在绝大多数情况下，气态分子吸附到porapak表面上是有利的，因为ΔG<0。
对于某些直链烷和醇在porapak上的吸附的热力学函数变化及规律的探讨：1. 吸附热：直链烷和醇在porapak上的吸附热可能会随着链长的增加而增加。
这是因为较长的链长通常会增加分子与吸附剂之间的相互作用力，从而增加吸附热。
2. 吸附焓：吸附焓是吸附过程中释放或吸收的热量。
对于直链烷和醇在porapak上的吸附，吸附焓可能会随着分子的极性增加而增加。
这是因为较极性的分子通常会与porapak表面的极性位点形成更强的相互作用，从而释放更多的热量。
3. 吸附熵：吸附熵是吸附过程中的无序度变化。
对于直链烷和醇在porapak上的吸附，吸附熵通常会随着链长的增加而减小。
这是因为较长的链长会导致分子在吸附剂表面的取向更加有序，从而减小了吸附过程中的无序度。
以上规律只是一种可能的情况，具体的吸附行为还受到吸附剂的性质、温度、压力等因素的影响。
实际的研究需要通过实验和理论模拟等手段来深入探讨吸附过程中的热力学函数变化及规律。
吸附动力学和热力学各模型公式及特点
吸附动力学和热力学各模型公式及特点1. Langmuir模型：Langmuir模型是最常用的吸附动力学方程之一，它假设吸附物分子只能以单层方式吸附在吸附剂表面。
该模型的方程表示为：dθ/dt = k_ads * (θ_max - θ) * P其中，dθ/dt表示单位时间内吸附量的增加速率，θ表示已吸附的物质分数，θ_max是最大吸附容量，P是气体或溶液中的吸附物质分压或浓度，k_ads是吸附速率常数。
2. Freundlich模型：Freundlich模型是一个经验模型，适用于多层吸附过程。
该模型的方程表示为：q=k_f*C^(1/n)其中，q表示单位质量的吸附物质的吸附量，C是气体或溶液中的吸附物质浓度，k_f和n是实验参数。
3. Temkin模型：Temkin模型假设吸附位点之间存在相互作用，并且随着吸附量的增加，吸附能力会降低。
该模型的方程表示为：q = K * ln(A * P)其中，q表示单位质量的吸附物质的吸附量，P是吸附物质的分压或浓度，K和A是实验参数。
- Langmuir模型适用于单层吸附过程，Freundlich模型适用于多层吸附过程，而Temkin模型考虑了吸附位点之间的相互作用。
- Langmuir模型假设吸附过程是可逆的，而Freundlich模型和Temkin模型则没有这个假设。
-吸附动力学模型通常基于实验数据拟合得出，因此需要大量的实验数据支持。
-吸附动力学模型常用于工业催化剂和废水处理等领域，用于优化吸附过程和预测吸附性能。
吸附热力学模型：1. Gibbs吸附等温方程：Gibbs吸附等温方程描述了吸附过程中的吸附热效应，即吸附热与吸附度的关系。
方程表示为：ΔG = -RTlnK = -ΔH + TΔS其中，ΔG是自由能变化，ΔH是焓变化，T是温度，R是气体常数，K是吸附平衡常数，ΔS是熵变化。
2. Dubinin-Radushkevich方程：Dubinin-Radushkevich方程适用于描述吸附剂对非特异性吸附的情况。
吸附热力学
焓的导出虽借助于恒压过程，但不是说其它过程就 没有焓变。
由于许多化学反应都是在仅做体积功的恒压条件下 进行的，其化学反应的热效应 QP = △H，因此，在 化学热力学中，常常用△H 来直接表示恒压反应热 而很少用 Qp。
三、吸附热力学
• 由于吸附过程是自发的，根据前面可知： 吸附过程中自由能ΔG为负值。
• 吸附质的含量在经过吸附剂的吸收后变小，所以分子或离 子在过程中增加了有序度，即：ΔS为负值
• 根据吉布斯函数：G = H – TS
• 焓变ΔH必须小于零，也就是说吸附过程都是放热的过程
在吸附压力恒定时，吸附 量随吸附温度的变化而变 化，可得到吸附等压线
∆G= G1-G2 这时有三种情况：
∆G<0，自发过程，体系可发生从1到2的变化过 ∆G=0，体系处于平衡状态 ∆G=0，非自发过程，即可发生由状态2 到状态1的自动变化过程
~ 熵判据和吉布斯函数判据的比较 ~
熵判据
吉布斯函数判据
系统
孤立系统
封闭系统
过程
任何过程
等温、恒压、不做非体积功
自发变化的方向 熵值增大, ΔS > 0 吉布斯函数值减小, ΔG < 0
7、熵
熵 (entropy)
熵代表体系混乱度的大小，用 S 表示，单位是 J·K-1。
• 体系的混乱度越大，熵值越大。 • 熵是体系的状态函数，属广度性质，其大小也只取
决于体系的始态与终态，与变化途径无关。
熵变的计算
体系由始态变至终态时引起状态函数熵的变化值△S 为：
△S = S2 - S1 =
最新吸附动力学和热力学各模型公式及特点资料
最新吸附动力学和热力学各模型公式及特点资料吸附动力学和热力学是研究吸附过程的重要领域，关注吸附剂-吸附质系统之间的物质传递和能量传递。
本文将介绍最新的吸附动力学和热力学各模型公式及其特点。
一、吸附动力学模型吸附动力学模型用于描述吸附过程中吸附剂与吸附质之间物质传递的速率。
下面列举几种常见的吸附动力学模型。
1.线性吸附动力学模型（LDF）线性吸附动力学模型假设吸附速率与吸附剂和吸附质的浓度成正比。
其数学表达式为：Q(t)=k·C(t)其中，Q(t)是时间t内吸附质在吸附剂上的吸附量，k是吸附速率常数，C(t)是时间t内吸附质的浓度。
LDF模型的特点是简单直观，适用于低浓度吸附过程。
2.瞬态吸附动力学模型（TDF）瞬态吸附动力学模型考虑了吸附速率与时间变化的关系。
常见的TDF 模型有多项式、指数和幂函数模型。
其中，多项式模型基于多项式函数拟合吸附数据，指数模型假设吸附速率与时间的指数函数相关，幂函数模型假设吸附速率与时间的幂函数相关。
这些模型的特点是灵活性强，适用于各种吸附过程。
3.准二级吸附动力学模型（PAC）准二级吸附动力学模型是一种常用的描述吸附过程的模型。
该模型考虑了表面吸附位点的饱和效应和解离效应。
准二级吸附动力学模型的数学表达式为：Q(t)=(k·C₀)/(1+k'·C₀·t)其中，Q(t)是时间t内吸附质在吸附剂上的吸附量，C₀是初始浓度，k和k'是吸附速率常数。
PAC模型的特点是与实际吸附过程拟合效果较好。
二、吸附热力学模型吸附热力学模型用于描述吸附过程中吸附剂和吸附质之间能量传递的情况。
下面介绍几种常见的吸附热力学模型。
1. Langmuir吸附热力学模型Langmuir吸附热力学模型是最简单的吸附热力学模型之一，假设吸附位点只能容纳一层吸附质。
其数学表达式为：θ=K·C/(1+K·C)其中，θ是吸附度，K是平衡常数，C是吸附质浓度。
吸附分离技术讲解
2.5 吸附动力学
1. 吸附传质过程的三个阶段
第一阶段 是吸附质通过吸附剂颗粒周围的液膜到颗粒的 表面，称为外部传递过程或外扩散（膜扩散）。
第二阶段 是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，称为 孔内部传递过程或内扩散。
第三阶段 为溶质在吸附剂内表面上发生吸附。
2.6 影响吸附的因素
吸附质的性质： 溶解度、极性等
另一类吸附过程是化学吸附，以化学键结合,一般为 不可逆过程，工业应用少，分析化学中有。
例:巯基棉吸附、黄原酯棉吸附
1、巯基棉吸附：
利用巯基乙酸与棉花纤维上的羟基的酯化反应， 将巯基接到纤维素大分子上。利用巯基与不同元素 离子的反应进行分离富集。
2、黄原酯棉
脱酯棉与氢氧化钠作用生成碱纤维，再与二硫化 碳进行酯化反应，把黄原酸基团固定在棉纤维上。 利用黄原酸基团的作用进行分离富集。
吸附等温线是描述吸附平衡行为的基本工具，可 用于比较吸附剂的基本吸附性能。由于吸附机理在很 大程度上决定了吸附等温线的形状，因而对吸附等温 线分类有助于诊断吸附过程。
曲线的形状反映吸附的难易，低浓度下曲线向 下弯，如I、II、IV的初始表示分子容易被吸附； 如不易被吸附则向上弯，如III、V。
浓度增大曲线往上斜，如IV，表示吸附由单分子 层开始向多分子层进行。
二、吸附的基本理论
2.1 吸附过程 固体吸附剂与流动相接触，流动相中的一种或多种
溶质向固体颗粒表面选择性传递，被吸附和积累于 固体吸附剂微孔表面的过程。 吸附分离原理大体可分为以下四种类型:
①表面选择性吸附:范德华力 ②分子筛效应:多孔固体中的微孔孔径均一，与 分子尺寸相当。尺寸小于孔径的分子可以进入而被 吸附,比孔径大的分子则被排斥在外。 ③通过微孔的扩散: 利用扩散速率的差别分离。 ④微孔中的凝聚: 多孔固体周围的可凝气体在 与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。 表面吸附是基本的,其它是伴随发生.
吸附热效应
吸附热效应：热力学中的微小变化引发巨大影响导言：吸附热效应是研究吸附过程中的热力学特性的重要方面。
在吸附过程中，吸附物质与吸附剂之间的相互作用产生微小的能量变化，然而这种微小变化却能够引发巨大的影响。
本文将探讨吸附热效应的原理、影响因素以及在吸附系统设计和应用中的重要性。
吸附热效应是指在吸附过程中，吸附物质与吸附剂之间的相互作用所引起的热量变化。
根据吸附过程中能量的变化情况，吸附热效应可以分为吸热吸附和放热吸附两种情况。
1.吸热吸附：在吸热吸附过程中，吸附物质从周围环境吸收热量，使得吸附物质的内能增加。
这种吸热反应通常发生在吸附物质与吸附剂之间的相互吸引力较强的情况下。
吸热吸附对于一些气体吸附剂系统具有重要意义，例如在气体分离和储存等领域的应用中。
2.放热吸附：放热吸附是指吸附过程中吸附物质向周围环境释放热量，使得吸附物质的内能减少。
这种放热反应通常发生在吸附物质与吸附剂之间的相互吸引力较弱的情况下。
放热吸附在一些催化剂和吸附冷却等领域的应用中起着重要的作用。
吸附热效应的大小取决于多种因素，其中包括吸附物质与吸附剂之间的相互作用力强度、吸附剂的性质、温度等。
当吸附物质与吸附剂之间的相互作用力较强时，吸附热效应通常较大。
相反，当相互作用力较弱时，吸附热效应较小。
吸附热效应在吸附系统的设计和应用中具有重要的意义。
首先，了解和控制吸附热效应可以帮助我们优化吸附系统的设计，提高吸附效率。
其次，吸附热效应的研究可以帮助我们理解吸附过程的热力学特性，从而推动吸附技术的发展和应用。
最后，吸附热效应在一些领域的应用，例如催化剂和气体分离等方面，具有重要的实际意义。
吸附热效应是研究吸附过程中的热力学特性的重要方面。
吸附热效应的大小取决于吸附物质与吸附剂之间的相互作用力强度，吸附剂的性质以及温度等因素。
了解和控制吸附热效应对于优化吸附系统的设计和提高吸附效率具有重要意义。
吸附热效应的研究也有助于推动吸附技术的发展和应用，特别是在催化剂和气体分离等领域。
化学吸附吸附热
化学吸附吸附热
化学吸附吸附热是指在化学吸附过程中，物质所吸附的能量，也是物质在温度变化时所释放或吸收的能量。
它与温度、吸附材料和吸附物质之间的关系，构成了一个复杂的系统，它们之间相互影响。
其基本原理为：随着温度的升高，吸附在表面上的物质分子能够得到更多的能量，从而激发它们的振动，获得绝热的吸附能量，热力学上，反应过程中的能量变化为存在于表面上的物质分子的相互作用力。
化学吸附吸附热的应用广泛，比如在分离技术中，它通常用来改变分子之间的亲和力，以改善溶质的组成。
例如，当有机混合物放置在一定温度下，它们之间的振动会使多组分的亲和力变得更强，使分子能有更强的获得能量的能力，从而实现有效的分离。
此外，在医学和食品领域中，化学吸附吸附热也发挥重要作用。
化学吸附在医药和生物学的应用主要是将药物和生物物质形成膜状
固体物质，以起到分离或吸收等功能。
在食品科学中，它也可以用来分离油脂和其他有机物，这样就可以获得更加高品质的食品。
此外，化学吸附吸附热也用于与材料特性有关的化学反应，例如在催化剂的选择与评价中，吸附热的变化可以用来评价催化剂的活性和催化剂表面的微结构变化，或者检测材料表面的氧化状态、水分状态和温度变化等。
以上关于化学吸附吸附热的简介已经介绍完毕，它不仅应用于分离技术、医学、食品领域，而且在催化剂选择、评价等方面也有着重要作用。
从整体上来讲，化学吸附吸附热是一种能量转换过程，是改
变物质分子相互作用能力的关键因素，一旦清楚了它的机理，就可以更好的掌握和改善物质的变化过程，从而发挥重要的作用。
吸附动力学和热力学各模型公式及特点
吸附动力学和热力学各模型公式及特点分配系数K d = （C° -宀d C e m吸附量C（）— CtQb m XVLangmiur—1+K2 Ce _ 1 | CeQe Q HI K L Q mKL是个常数与吸附剂结合位点的亲和力有关，该模型只对均匀表面有效FreundlichQe = K F C//”InQe = ln/<F + ilnC eCe反应达到平衡时溶液中残留溶质的浓度KF和n是Freundlich常数，其中KF与吸附剂的吸附亲和力大小有关，n指示吸附过程的支持力。
1/n越小吸附性能越好一般认为其在~时，吸附比较容易；大于2时，难以吸附。
应用最普遍，但是它适用于高度不均匀表面，而且仅对限制浓度范围（低浓度）的吸附数据有效_级动力学4 =3 一严）Qt= Qe（l—广*）线性\n（Q e-Q t）=\nQ e-K1t=—二级动力学屮曲=1 + K2Q e t线性±=佥+右初始吸附速度％ = K2Q IElovich动力学模型Qt = a + b\ntWebber-Morris动力学模型Qt = KipQ" + cBoyd kinetic plotQ t 6 X exp-K旅1令F=Qt/Qe,K B=(1-F)准一级模型基于假定吸附受扩散步骤控制；准二级动力学模型假设吸附速率由吸附剂表面未被占有的吸附空位数目的平方值决定，吸附过程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；Webber-Morris动力学模型粒子内扩散模型中’qt与tl/2进行线性拟合，如果直线通过原点，说明颗粒内扩散是控制吸附过程的限速步骤；如果不通过原点，吸附过程受其它吸附阶段的共同控制；该模型能够描述大多数吸附过程，但是，由于吸附初期和末期物质传递的差异，试验结果往往不能完全符合拟合直线通过原点的理想情况。
粒子内扩散模型最适合描述物质在颗粒内部扩散过程的动力学，而对于颗粒表面、液体膜内扩散的过程往往不适合Elovich方程为一经验式，描述的是包括一系列反应机制的过程，如溶质在溶液体相或界面处的扩散、表面的活化与去活化作用等，它非常适用于反应过程中活化能变化较大的过程，如土壤和沉积物界面上的过程。
吸附热力学吸附及吸附过程
吸附热力学吸附及吸附过程吸附平衡是指在一定条件下，吸附系统达到吸附和解吸的动态平衡。
吸附平衡的研究主要通过吸附等温线和吸附等值线进行。
吸附等温线是在一定温度下，观察吸附剂对吸附物的吸附量与吸附物浓度之间的关系。
吸附等值线是在一定吸附物浓度下，当吸附剂对吸附物的吸附量达到平衡时，观察不同温度下吸附剂的吸附量变化。
吸附等温线和等值线通常呈现出等温吸附量随浓度的递增趋势和温度升高，吸附量降低的趋势。
吸附平衡研究的结果能够通过Langmuir和Freundlich等气体和溶液吸附模型来描述。
Langmuir模型假设吸附位点是均匀分布，吸附量与吸附物浓度之间符合单分子层吸附。
通过该模型可以得出吸附平衡方程和吸附平衡常数，并且吸附消除抑制的解释也得到了解释。
Freundlich模型则假设吸附位点是非均匀分布，吸附量与吸附物浓度之间是多分子层吸附。
通过这个模型可以推测吸附剂表面的活性位点的多少和是否均匀分布。
吸附过程是指在吸附平衡条件下，吸附剂对吸附物的吸附和解吸过程。
吸附过程的研究主要通过速率方程和动力学模型进行。
速率方程可以用来描述吸附量与时间的变化关系。
常用的速率方程有一级速率方程、二级速率方程和准二级速率方程。
一级速率方程假设吸附率与吸附剂表面上的可用吸附位点数成正比，二级速率方程假设吸附率与吸附剂表面上的吸附物浓度平方成正比，准二级速率方程结合了一级和二级速率方程的特点。
动力学模型可以用来解释吸附速率方程背后的物理机制。
常用的动力学模型有扩散控制模型、化学反应控制模型和两者的组合模型。
扩散控制模型假设吸附过程中的限速因素是物质在吸附剂内的扩散过程。
化学反应控制模型假设吸附过程中的限速因素是吸附剂表面上吸附物和吸附剂之间的化学反应。
两者的组合模型则假设吸附是扩散过程和化学反应过程的综合结果，通过计算不同因素对吸附速率的影响，解释吸附过程。
总之，吸附热力学研究物质吸附现象的平衡和过程，可以帮助我们理解和优化吸附过程，解释吸附机制，并且对吸附技术的应用具有重要意义。
吸附及吸附过程..
16
2018/10/9
吸附材料及应用
① 吸附等温线类型
Ⅰ型 — ①I-A型
1.2 吸附热力学
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。
1.2 吸附热力学
q
Ⅱ
0
P/P
0
随着相对压力的增加，开始形成第二层，在相对压相对接近1时，吸附 层数无限大，发生毛细管和孔凝聚现象，吸附量急剧增加，又因为孔径范 围较大，大于5nm ，所以不呈现饱和吸附状态。
非多孔性固体表面发生多分子层吸附属这种类型，如非多孔性金属氧化 物粒子吸附氮气或水蒸气。此外，发生亲液性表面相互作用时也常见这种 类型。
7 2018/10/9 吸附材料及应用
（2）物理吸附
1.1 吸附及吸附平衡
单层或多层分子吸附--吸附质在吸附剂表面形成单层或多 层分子吸附时，其吸附热比较低。吸附质分子和吸附剂 表面分子之间的吸附机理，与气体的液化和蒸汽的冷凝 时的机理类似。
物理吸附过程是可逆的，几乎不需要活化能(即使需要也
用吸附等温线(Adsorption isotherm)表示。 吸附剂的表面是不均匀的，被吸附的分子和吸附剂表面分 子之间，被吸附的各分子之间的作用力各不相等，吸附等温 线的形状也不相同。
14 2018/10/9 吸附材料及应用
1)气体吸附等温线
1.2 吸附热力学
研究吸附等温线可以得到吸附剂、吸附质的性质以及它们之 间相互作用的信息。 吸附等温线是各类吸附曲线中最重要的，各种吸附理论往往 是以其能否给出定量描述一种或几种类型吸附等温线来评价。
探究气体吸附的量热学及动力学性质
探究气体吸附的量热学及动力学性质气体吸附的量热学及动力学性质是物理化学领域中的一个重要议题，涉及到材料科学、环境科学、能源科学等多个研究领域。
本文将从吸附过程基本原理、气体吸附热力学和动力学两个方面来探讨气体吸附的量热学及动力学性质。
吸附过程基本原理吸附是指气体分子在固体表面、液体表面或气体表面上凝聚并保持存在的现象。
常见的气体吸附模式有物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附介质表面与气体分子间的Van der Waals力或孔道内气体分子因空间受限而引起的相互作用力使气体分子产生吸附，通常是可逆的吸附。
而化学吸附则是指气体分子与吸附介质表面上的官能团（如-OH、-NH2等）或晶格上的空缺（如金属表面上的空位）发生化学键而产生的吸附，通常是不可逆的吸附。
气体吸附热力学气体吸附热力学主要关注吸附过程中热力学参数的变化情况，包括吸附平衡热力学参数、吸附热和等温吸附热力学参数。
其中，吸附平衡热力学参数是指气体与吸附物之间的平衡状态下的热力学参数，包括吸附平衡常数、吸附熵变和吸附焓变等。
吸附热是指气体吸附到吸附物表面时所释放或吸收的热量，其大小决定吸附过程中热力学能量变化大小。
而等温吸附热力学参数则是指在吸附温度不变的情况下，通过调节吸附压力或吸附量，获得一些平衡对应状态下的热力学参数，如等温吸附线和吸附热力学函数等。
气体动力学气体吸附动力学则关注的是吸附过程中的动力学参数变化情况，包括气体吸附速率、气体扩散系数、吸附物在气体相中的浓度分布等。
气体吸附速率是指气体吸附到固体表面上每单位面积单位时间内的量，它受到气体分子与固体表面的作用力以及分子的能量和速度等因素的影响。
气体扩散系数则是指气体在吸附物内部扩散的速率，它受到吸附物的孔径大小、形状、结构和表面性质等因素的影响。
吸附物在气体相中的浓度分布，则可利用吸附等温线和吸附等温线的数学运算来推导和计算。
在实际应用中，气体吸附的量热学和动力学性质对于许多领域都有重要的意义。
6.吸附热力学new
由于气相体积远大于吸附相，再假定气相为理 想气体，则Va－Vg≈－nRT/p, 代入上式得：
∆ ads H ∆ ads H ∂p =− ≈ ∂T n − TVg nRT 2 / p
∆ ads H m ∂ ln p =− ∂T n RT 2 在摩尔吸附焓△adsHm为常数时，将上式积分得：
理想表面反应动力学
若压力适中， 若压力适中，反应级数介于 0～l 之间。例如，磷 ～ 之间。例如， 化氢在钨上的分解反应在 700℃ 左右表现出上述 ℃ 两种极限性质： 两种极限性质：低于 1.332Pa 时，速率公式对于 PH3 是一级；高于 133.2Pa 时，则变成零级。。 是一级； 则变成零级。。 对于有某一物质 D（D 可以是产物或其它可为表 （ 面吸附的物质）也被吸附的情况， 面吸附的物质）也被吸附的情况，此时单分子反 应速率公式为
6.吸附热力学 吸附热力学 吸附热的定义：
在吸附过程中的热效应称为吸附热。物理吸附 过程的热效应相当于气体凝聚热，很小；化学吸附 过程的热效应相当于化学键能，比较大。
固体在等温、等压下吸附气体是一个自发过程， ∆G<0，气体从三维运动变成吸附态的二维运动，熵 减少， ∆S<0，∆H=∆G+T∆S， ∆H<0。 所以吸附是放热过程。
理想表面反应动力学
当 aApA《1，则 实验表明表观反应是一级的。 实验表明表观反应是一级的。若表观反应速率常数 k、 k、表面反应的速率常数 k2 和表面吸附平衡常数 aA 与温度的关系分别为： 与温度的关系分别为：
理想表面反应动力学
为真正的表面反应活化能， 为吸附热， 式中 E2 为真正的表面反应活化能，QA 为吸附热， 即此时表观活化能为真正的表面反应活化能与吸附热 之差。 之差。 很大或吸附很强时， 若开始时 pA 很大或吸附很强时，aApA》1，这时可 ， 得： 即表面反应是零级的，表明高压下， 即表面反应是零级的，表明高压下，表面吸附已达饱 所以气相压力不会影响被吸附分子的表面浓度。 和，所以气相压力不会影响被吸附分子的表面浓度。 此时表观活化能 Ea=E2。
吸附热力学及动力学的研究
吸附热力学及动力学的研究吸附热力学研究的对象是吸附平衡，即吸附物质与载体表面之间的相互作用能。
热力学吸附平衡常常用吸附等温线来描述，其中包括等温吸附量与吸附过程对应的吸附热。
吸附热力学研究的目的是确定吸附过程中热力学参数对吸附量和吸附热的影响，从而为吸附过程的优化提供理论依据。
吸附热力学可以通过等温吸附量和吸附热的变化来研究吸附过程的不同机理。
对于多种吸附机理的混合吸附系统，可以通过利用吸附热力学关系来定量地描述不同机理的贡献。
吸附动力学则研究吸附过程的速率和速率控制因素。
吸附速率决定了吸附系统从初始状态到吸附平衡的过程，因此对理解和优化吸附过程非常重要。
吸附动力学通常用吸附速率方程来描述，其中可以包括吸附速率常数、活化能等参数。
动力学研究可以通过实验方法或模型模拟来获得。
实验方法可以通过测量不同时间点的吸附量来确定吸附速率，从而获得动力学参数。
模型模拟可以利用数学模型和计算方法来预测吸附过程的速率和速率控制因素。
吸附热力学和动力学的研究可以为吸附过程的实际应用提供指导。
吸附材料广泛应用于气体分离、废水处理、催化剂等领域，因此研究吸附热力学和动力学对于优化吸附材料和吸附工艺具有重要意义。
在吸附热力学方面，可以通过调控吸附热来提高吸附材料的选择性和吸附容量。
在吸附动力学方面，可以通过调整吸附温度、压力和材料表面性质等因素来控制吸附速率，从而提高吸附过程的效率。
总之，吸附热力学与动力学的研究对于理解和优化吸附过程具有重要意义。
通过研究吸附热力学和动力学，可以为吸附材料的选择和吸附工艺的优化提供理论依据，从而提高吸附过程的效率和实际应用的可行性。
吸附热力学吸附及吸附过程
吸附热力学吸附及吸附过程吸附热力学是研究吸附现象及吸附过程的热力学性质的学科。
吸附指的是物质在固体表面或者界面上的吸附现象，包括化学吸附和物理吸附两种类型。
化学吸附是指吸附分子与吸附剂之间发生化学键的形成或者断裂的过程；而物理吸附是指吸附分子与吸附剂之间的相互引力作用导致吸附现象的发生。
吸附过程可以通过吸附等温线来描述。
吸附等温线是指在一定的温度下，将吸附剂与吸附相接触，观察吸附相中吸附物质的浓度变化。
根据吸附剂与吸附分子相互作用的强弱，吸附等温线通常可以分为几种类型：Langmuir型、Freundlich型和Brunauer-Emmett-Teller（BET）型。
Langmuir等温线是描述化学吸附和物理吸附都适用的一种理论模型。
该模型假设吸附剂表面上只有一种吸附位，吸附分子在吸附位上以单分子层的形式吸附，且吸附物质间相互作用之间无关。
Langmuir等温线的数学表达式为:θ=(KpC)/(1+KpC)其中，θ表示吸附物质的覆盖度，Kp表示Langmuir吸附常数，C表示吸附相中吸附物质的浓度。
该等温线呈现出一个S型曲线，当吸附剂表面上的吸附位全部被占满时，覆盖度趋于1Freundlich等温线是描述物理吸附的一种经验模型。
该模型假设吸附分子在吸附剂表面上以多层吸附形式存在，且各层内吸附作用相互独立。
Freundlich等温线的数学表达式为:θ/C=Kp*C^(1/n)其中，θ表示吸附物质的覆盖度，Kp和n分别为Freundlich等温线常数，C表示吸附相中吸附物质的浓度。
该等温线呈现出一个凹曲线，随着浓度的增加，曲线逐渐趋近于直线。
BET等温线是描述化学吸附和物理吸附都适用的一种理论模型。
该模型假设在吸附剂表面形成了多个层的吸附，并且各层之间的化学吸附力是相等的。
BET等温线的数学表达式为:P/(P0-P)=(C1/Cv)*(1-θ)其中，P表示吸附相中吸附物质的压力，P0表示饱和蒸汽压力，C1表示常数，Cv表示较高表面覆盖度时的吸附平衡常数，θ表示覆盖度。
吸附动力学及动态学..
2018/10/9
吸附过程及应用
13
(6)固定床吸附动态学
2) 吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线 在吸附床中，随着气体混合物不断流入，
吸附前沿不断向床的出口端推进，绘出吸附 床出口处吸附质浓度随时间的变化，便得到 流出曲线。 0<t<tb t>tb t=0 进料CF C-床层内吸 附质浓度
1.3 吸附动力学及动态学
第二阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，
称为孔内部传递过程或内扩散.
2018/10/9
吸附过程及应用
4
(2)吸附的传质过程
1.3 吸附动力学及动态学
这两个阶段是按先后顺序进行的，在吸附时气体先通过气膜到达颗粒表面，然 后才能向颗粒内扩散，脱附时则逆向进行。
内扩散过程有几种不同情况，参见右图。
2018/10/9 吸附过程及应用 18
(6)固定床吸附动力学
透过曲线
1.3 吸附动力学及动态学 1.3 吸附动力学及动态学
把颗粒大小均一的同种吸附剂装填在固定吸附床中，含有一定浓度(c0) 吸附质的气体混合物以恒定的流速通过吸附床层，假设床层内的吸附 剂完全没有传质阻力，即吸附速度无限大的情况下，吸附质一直是以
气体分子到达颗粒外表面时， 一部分会被外表面所吸附。而 被吸附的分子有可能沿着颗粒 内的孔壁向深入扩散，称为表 面扩散。 一部分气体分子还可能在颗粒 内的孔中向深入扩散，称为孔 扩散。 在孔扩散的途中气体分子又可 能与孔壁表面碰撞而被吸附。
内扩散 吸附主体外扩散 外表面 内表面吸附 内表面吸附
19
6.固定床吸附动力学
4) 吸附饱和率
1.3 吸附动力学及动态学
在q—z曲线中，面积abcdef代表传质区的总吸附容量，传质波上方面积 agdef是传质区床层仍具有吸附能力的容量，故传质区(MTZ)吸附饱和率 为agdcb/abcdef，传质区剩余吸附能力分率为agdef/abcdef。 对于C一τ曲线，则和上述传质波的状态相对应，吸附饱和率为 agdcb/abcdef，剩余吸附能力分率为agdef/abcdef，吸附饱和率愈大，表 示床层的利用效率越大，透过曲线S形部分成垂直的直线时，传质阻力最 小，床层利用率最大。
吸附热力学-吸附及吸附过程
1.2 吸附热力学
S=AmL n
Vm —)。
在 STP下,气体的摩尔体积22.414×10-3m3/mol
吸附过程及应用
4）BET 吸附等温式
如果吸附层不是无限的，而是有一定的限制，例如在吸附剂孔道内，至多只能吸附n层，则BET公式修正为三常数公式：
吸附过程及应用
2) Freundlich吸附式
假定在非均匀表面上发生吸附，也可以从理论上(经典统计力学)推导出Freundlich吸附式。 H．Freundlich发现了许多溶液吸附都符合该式，所以采用了他的名字命名。 Freundlich吸附温式是经验公式。
q是单位质量固体上吸附的气体质量， P是气体的平衡压力。 常数k和 n依赖于吸附剂、吸附质的种类和吸附温度。 常数n反映了吸附作用的强度， k与吸附相互作用、吸附量有关。
吸附过程及应用
5）D-R方程
①微孔填充理论
由于微孔内的空间狭小，微孔内的分子行为不同于通常状态，人们对微孔内分子的特异行为也很感兴趣。
因此，在低压时吸附量就很大，等温线在低相对压力时就急剧上升，呈I型等温线。 苏联科学家Dubinin为了与通常的吸附区分，称之为微孔填充(micropore filling)。
吸附过程及应用
达吸附平衡时，ra = rd
吸附过程及应用
两式联立解得qA，qB分别为：
对i种气体混合吸附的Lngmuir吸附公式为：
气体混合吸附的Lngmuir等温式
3）Langmuir吸附等温式
3）Langmuir吸附等温式
①假设吸附是单分子层的，与事实不符。
界面吸附过程热力学教学全解课件
低系统的总能量和熵值。
03
表面张力
表面张力是液体表面的一种物理性质，表示液体表面收缩的趋势。在界
面吸附过程中，表面张力会影响物质在界面上的吸附量和分布状态。
界面吸附热力学的应用
工业生产
界面吸附热力学在工业生产中有着广泛的应用，如石油工业中的油水分离、化学工业中的 气体吸收和液体萃取等。通过了解界面吸附热力学规律，可以优化生产工艺和提高产品质 量。
微分法
通过求解吸附动力学方 程的微分形式，得到吸
附量与时间的关系。
积分法
通过求解吸附动力学方 程的积分形式，得到吸
附量与时间的关系。
迭代法
通过不断迭代求解吸附 动力学方程，得到吸附
量与时间的关系。
数值解法
通过数值计算方法求解 吸附动力学方程，得到 吸附量与时间的关系。
05
CHAPTER
界面吸附过程的实验研究方 法
实施模拟计算方法需要遵循一定 的步骤，包括建立模型、设置参 数、运行模拟和结果分析等。
在结果分析时，需要运用统计方 法和技术，对模拟结果进行深入 分析和解释。
THANKS
谢谢
热力学第三定律
内容
热力学第三定律表述为绝对零度不能达到原理，即在一个封闭系统中，绝对零 度是不可能达到的最低温度。
应用
在界面吸附过程中，热力学第三定律指导我们理解物质吸附和解吸过程中的相 变现象，以及如何通过调控温度实现高效的吸附和解吸过程。
03
CHAPTER
界面吸附热力学
界面吸附热力学的定义与基本概念
实验研究方法的优缺点
每种实验研究方法都有其独特的优缺点，选择合适的实验方法需要考虑研究目的、实验 条件和资源等因素。
实验研究方法的分类与选择
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吸附过程及应用
6
(3) 吸附等量线
物理吸附的等量线
1.2 吸附热力学
p
q1 q2 q3
图 7-19 变压吸附循环操作原理
q1 >q2 > q3
T
物理吸附的等量线
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吸附过程及应用
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(4) 吸附等温方 程1）Henry吸附式
1.2 吸附热力学
气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比(一定温度下)， 这就是亨利定律。
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吸附过程及应用
2
(2) 吸附等压线
物理吸附等压线
1.2 吸附热力学
q
图 7-19 变压吸附循环操作原理
物理吸附的等压线
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吸附过程及应用
3
(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
q, kg/kg q, kg/kg
0.40
0.35
946Pa
1240Pa
0.30
1750Pa
Freundlich吸附公式对q 的适用范围比Langmuir公式要宽。
常用于Ⅰ型等温线；可较好地用于单分子层吸附，特别是中压范围内。 常用于低浓度气体，对高浓度气体有较大偏差。
Freundlich吸附式形式简单，计算方便，应用广泛。但式中的常数k、 n没有明确的物理意义，不能说明吸附作用的机理。
t, ℃
水在某自制吸附剂上吸附等压线
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吸附过程及应用
4
(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
由图可见，无论是物理吸附或是化学吸附，在一定温度范 围内吸附量均随着温度升高而下降。
但是，若气体在固体表面上低温进行物理吸附，高温又发 生化学吸附，等压线可能出现转折，形成最高点和最低点。
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吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附等温式
1.2 吸附热力学
q kp1/ n 或 lg q lg k 1 lg x n
常数n一般在2~3之间；但当温度升高时，n接近l，
Freundlich吸附等温式就成为Henry式。
在对数座标纸上以q和x作图，便可一条直线。
2364Pa
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00 20 30 40 50 60 70 80 90
t, ℃
水在A型硅胶上吸附等压线
0.65
0.60
0.55
899Pa
0.50
925Pa
1247Pa
0.45
1784Pa
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00 20 30 40 50 60 70 80 90
了他的名字命名。 Freundlich吸附温式是经验公式。
q kp1/ n 或 lg q lg k 1 lg p
n
q是单位质量固体上吸附的气体质量， P是气体的平衡压力。 常数k和 n依赖于吸附剂、吸附质的种类和吸附温度。 常数n反映了吸附作用的强度， k与吸附相互作用、吸附量
有关。
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吸附过程及应用
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Langmuir
1.2 吸附热力学
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吸附过程及应用
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3）Langmuir吸附等温式
1.2 吸附热力学
Langmuir在1918年从动力学理论推导出单分子层吸附等温式。
在等温吸附时， Langmuir 单层分子吸附模型四个主要假设： 1）单层分子吸附。每个吸附中心只能被一个吸附分子占据(气体分子只 有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附) ，形成不移动的吸附层； 2）局部吸附。吸附剂固体的表面有一定数量的吸附中心，形成局部吸附； 各吸附中心互相独立。各吸附中心的吸附或解吸与周围相邻的吸附中心 是否为其它分子所占据无关;
在吸附过程中，吸附量与压力(或浓度)成正比。这和气体在
溶液中的溶解是相同的，故称为亨利吸附式。 k是Henry常数。 q = kp
任何等温线在低压时都接近直线，都近似符合Henry吸附式。
而且只限于吸附量占形成单分子层吸附量的10％以下，即吸 附剂表面最多只有10％的表面被吸附物质的分子所覆盖，才 能适用这个公式。
吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附等温式
1.2 吸附热力学
Freundlich吸附等温式有两种表示形式：
1) q kp1/n
q：吸附量，cm3/g
k，n是与温度、体系有关
的常数。
2) x k ' p1/n m
x：吸附气体的质量 m：吸附剂质量 k’，n是与温度、体系有关的
常数。
第一章 吸附及吸附过程
1.2 吸附热力学
(1) 吸附等温线 (2) 吸附等压线 (3) 吸附等量线 (4) 吸附等温方程 (5) 吸附热
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吸附过程及应用
1.2 吸附热力学
1
(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
在吸附压力恒定时，吸附量随吸附温度的变化而变化，可
得到吸附等压线(adsorption isobar) 。
如右图为氢在金属镍上的 吸附等压线。
在此曲线最低点前进行物 理吸附，最高点后进行化学 吸附，最低点与最高点间为 物理吸附向化学吸附的转变 区域，为非平衡吸附。
氢在镍上的吸附等压线
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吸附过程及应用
5
(3) 吸附等量线
1.2 吸附热力学
如保持吸附量恒定，以平衡压力对吸附温度作图，就可以 得到吸附等量线(adsorption isostere) 。
直线斜率1／n若在0.1～0.5之间，则表示吸附容易进行； 超过2则表示吸附很难进行。
1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。
Freundlich吸附等温式适用的范围，一般来说比Langmuir吸 附等温式要大一些。与Langmuir公式一样，既适用于物理吸 附又适用于化学吸附。
2019/10/26
2019/10/26
吸附过程及应用
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3）Langmuir吸附等muir(朗格 缪尔)，1881年1月31日生于纽约 的一个贫民家庭。1903年毕业于 哥仑比亚大学矿业学院。不久去 德国留学，1906年获得哥丁根大 学的博士学位。1932年，因表面 化学和热离子发射方面的研究成 果获得诺贝尔化学奖。
这个公式作为吸附等温线的近似公式常用于化学工程中的吸 附操作计算。
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吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附式
1.2 吸附热力学
假定在非均匀表面上发生吸附，也可以从理论上(经典统计 力学)推导出Freundlich吸附式。
H．Freundlich发现了许多溶液吸附都符合该式，所以采用