吸附与吸附剂

吸附质离开界面引起吸附量减少的现象称为 脱附（desorption）。 吸附热：积分吸附热和微分吸附热。 物理吸附—分子间作用力 化学吸附—化学键
1.5 吸附作用
色散力 偶极子作用 四极子作用

范德华力（van der waals ）
静电力 氢键、络合键

色散力
势能曲线U(r) Lenard－Jones公式
孔
IUPAC 分类： 微孔 中孔 （micropore）: <2.0nm (mesopore) : 2.0-50nm
大孔
(macropore) : >50nm
1.6 密度
真密度：质量除以不包括孔容积（但包括闭 孔孔容）在内的体积得到的密度。 表观密度：质量处以包括孔容积在内的体积 得到的密度。 容积密度（堆密度）：质量处以包含粉末粒 子间隙的体积得到的密度。
BY-2-HF
3.48 1964 3.92 0.98 2.27 0.48 0.48 1.27 0.04
3.67 2001 1.9 1.04 1.59 0.89 0.02 0.02 0.66
SBET (m2/g)
灰分含量(%) 孔容(cm3/g) m(总含氧官能团) mmol/g m(-COOH) m(-COOR) m(酚羟基) m(醌型羰基)
1.3 吸附技术应用
应用领域： 化工、医药、环保、能源、食品、轻工等多个领 域。 1) 气体或液体的脱水及深度干燥； 2) 气体或液体的脱臭、脱色、溶剂回收等； 3) 痕量物质吸附分离； 4) 物系分离； 5) 废气和废水的处理。
1.4 基本概念


吸附剂（Adsorbent）具有吸附作用的物质。
U (r ) ar br
6
12
2.2 偶极子相互作用
色散力 > 偶极子作用 > 四极子作用 r-3
静电力
2.3 在吸附质和吸附剂之间或吸附剂相 四极子相互作用
互之间也产生静电引力或斥力。当固体表 面有酸性位或碱性位时，表面就带正电荷 或负电。这种表面在溶液中就会发生离 子交换。
氢键

第一讲 吸附及其等温线
1.1 吸附现象
日常生活中的吸附：
干燥剂；竹炭
吸附：adsorption 吸收: absorption
吸附
吸附（adsorption）是指在固相－气相、固相－液相、 固相－固相、液相－气相、液相－液相等体系中，某个 相的物质密度或溶于该相中的溶质浓度在界面上发生改 变（与本体相不同）的现象。
活性炭的TEM图（椰壳基和石油焦基）
表面修饰
35
30
25
n/mmolg
-1
20
15 BY-2-NH3H2O BY-2-HF BY-2 BY-2-HNO3 BY-2-H3PO4 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
10
5
p/p0
活性炭BY-2化学改性后的表面性质和储氢容量
样品 n(mmol/g)a
BY-2
BY-2-HNO3 3.50 1834 1.04 1.00 3.46 1.35 0.17 1.81 0.13
BY-2-H3PO4 2.86 1794 0.98 0.92 2.15 1.36 0.07 0.70 0.023
BY-2-NH3H2O 3.61 2061 3.92 1.01 1.09 0.44 0.34 0.28 0.03
z
Gas phase

Adsorption space
Solid phase, Vs
Gibbs surface Surface of the solid

1.2 发展历程
吸附剂的发展历程：
木炭、活性炭、碳纳米管、石墨烯 沸石分子筛、有序介孔材料、MOF
1.2 发展历程
吸附理论的发展历程：
1918年提出吸附领域第一个理论公式：Langmuir方程
Ⅳ和Ⅴ型等温线
n
n
B
0 p/p0
1
0 p/p
0
1
中孔凝聚
Ⅵ类等温线
n
p/p0
均匀表面，每一台阶相当于吸满一层分子
参考文献
1、F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing, Adsorption by powders and porous solids, Academic Press, 1999 2、 Duong D.Do. Adsorption analysis: equilibria and kinetics. Imperial College Press, 1998 3、J. Toth. Adsorption theory, modeling, and analysis. New York: Marcel Dekker, Inc, 2002, 175 叶振华，化工吸附分离工程，1992 R.T.Yang, 吸附法气体分离，1991 严继民，吸附与凝聚，1986
真密度测量
C pref
Vt
p
1.3 吸附等温线
n=f(T，p)
氧气在活性炭上吸附等温线
吸附量 n
B
B
相对压力 p/p0
Ⅰ型等温线
n
0 p/p0
1
化学吸附，单分子层，极限吸附量 微孔吸附剂，孔填充 超临界吸附
Ⅱ型和Ⅲ型等温线
n
n
B
0 p/p0
1
0 p/p0
1
无孔固体，开放表面，表面覆盖机理
羟基-OH、羧基-COOH、磺酸基-SO3H、氨基-NH2 等官能团 O、S、N、F、Cl
H
氢键作用力是范德华力的5-10倍。
1.6 吸附剂
表面性质 比表面积和孔径分布 密度、硬度等

吸附剂表面特性
理想表面
非理想表面
极性表面
非极性表面
表面修饰
MCM-41 有序介孔材料的透射电镜图（来自百度文库EM）
1932年获得诺贝尔奖
Irving Langmuir)（1881－1957)是本世纪卓越的美国化学家和物理学家
1.2 发展历程
吸附理论的发展历程：
BET方程（1938年）；
1.2 发展历程
吸附理论的发展历程：
Kelvin方程：毛细凝聚 Polanyi吸附势理论: DA方程、Freundlich方程 分子模拟。
吸附质（adsorbate）被吸附的物质。
吸附等温线（adsorption isotherm）温度一定时， 吸附量与压力（气相）或浓度（液相）的关系。 吸附等压线（adsorption isobar）压力一定时，吸附 量与温度的关系。 吸附定量线（adsorption isostere）吸附量一定时， 压力与温度的关系。