吸附

保持温度不变，显示吸附
量与比压之间的关系曲线称为
吸附等温线。
纵坐标是吸附量，横 坐标是比压p/p0，p是吸附
质蒸汽的平衡压力， p0是
吸附温度时吸附质的饱和
蒸汽压。
通常将比压控制在0.3以下，防止毛细凝聚 而使结果偏高。
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。




c0 1 p p 1 或 0 q c p0 q P P q0 c0 0

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（压力），C(P)为平衡 浓度（压力）。
A0 1 C C 1 0 0 q C C q0 A0 q0 A0 C


说明：
在中等压力范围内，比较多的吸附体系符合弗兰德利希 式。从吸附类型看，弗兰德利希经验式对介于I和II之间 的吸附现象描述准确。
LANGMUIR朗格缪尔单分子层吸附等温式
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 入了两个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。 设：表面覆盖度q=
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。 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。
人们很早就发现并利用了吸附现象，如生活 中用木炭脱湿和除臭等。随着新型吸附剂的开发 及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过 程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、 操作温度低等突出特点，使这一过程在化工、医 药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用， 例如： 1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气 体中的水分脱到痕量，再聚合。
n q m
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。 (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。
常见的吸附等温线有如下5种类型：(图
中p/p0称为比压，p0是吸附质在该温度时的饱
和蒸汽压，p为吸附质的压力)
(Ⅰ)在2.5nm以下微
孔吸附剂上的吸附
等温线属于这种类
型。例如78K时N2在
活性炭上的吸附及
水和苯蒸汽在分子
筛上的吸附。
(Ⅱ)常称为S型等温
线。吸附剂孔径大
小不一，发生多分
子层吸附。在比压
V/Vm
则空白表面为(1 - q ) Vm为吸满单分子层的体积
V为吸附体积
r(吸附)=ka p( 1-q)
r(脱附)=kdq
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
r(吸附)=ka p( 1-q ) ka p(1 - q )=kdq
=
r(脱附)=kdq
设b = ka/kd
bp q 1 bp
V q 分母中为饱和吸附量;完全覆盖 Vm 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。
yA
AB -----组分分离因数；
y A、y A
AB x A P AB x A PB AB PA xB AB xB
k A PA / k B AB PA 分离因数不等 于1，值越大 PB k A PA / k B PB AB PA 分离效果愈好
4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子 层的。
6.吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的 升高而 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。
化学吸附
具有如下特点的吸附称为化学吸附：
1.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。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。 3.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。
4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5.吸附是单分子层的。
6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速 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。
1.吸附的功能与特点
功能 去除水中溶解态微量污染物。
有机物
胶体粒子
重金属离子
放射性元素 其他（微生物、余氯、臭味、色度）
1
吸附法功能与特点
特点 深度处理
可回收有用物料
净水预处理要求高
运转费用贵
2 吸附法基本原理
固体表面吸附
不同相表（界）面


剩余表面能
溶质浓集


吸附剂
p C （1） q P 0 P －P/P0或 q C 0 C 得一直线。




－P/P0作图，
（2）重要用途
可测定和计算固体吸附剂的比表面积
具体计算方法为：
由斜率和截距求得Vm，则吸附剂的比表面积为：
Vm N 0 Sb 22400 W
式中：
Sb—吸附剂比表面积，m2/g ；
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S和比表 面S(比)。 m为吸附剂质量
B-E-T关系式
物理吸附、 等温方程
B-E-T关系式
q 0 c0 p q 0 c0、A0为单分子吸附的 0 p p 1 c 1) p / p 吸附常数、q0为单分子 q0 A0 C 层吸附时最大吸附量、 q 0 0 C0（P0）为饱和浓度 C C 1 A0 1)C / C
现象。例如373K时，
水汽在活性炭上的
吸附属于这种类型。
吸附研究的 实验装置 之一
用气相 色谱动态法 研究气体或 蒸汽的吸附， 既快速又准 确。实验装 置如示意图 所示。
将活化好的吸附剂 装在吸附柱6中，将作为 载气的惰性气体N2或He 与适量的吸附质蒸汽混 合通过吸附柱。 分析吸附后出口气的成分或分析用惰性气体 洗下的被吸附气体的成分，从自动记录仪或与之 联结的微处理机处理的结果，就可以得到吸附量 与压力的关系、吸附等温线、比表面、孔分布等 有用信息。
对气体的吸附量(q或者a)通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附
剂所吸附气体的体积
(标准状态)。
V q m
体积要换算成标准状况,101325Pa,273.15K, 1mol标准状况(STP)气体的体积为22.4dm3 (2)单位质量的吸附剂所 吸附气体物质的量。
n q m
吸附量
V q m
第五章 吸附
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。 固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很 光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。 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。 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。
接近1时，发生毛细
管和孔凝现象。
(Ⅲ)这种类型较少
见。当吸附剂和吸
附质相互作用很弱
时会出现这种等温
线，如352K时，Br2
在硅胶上的吸附。
(Ⅳ)多孔吸附剂发生
多分子层吸附时会有
这种等温线。在比压
较高时，有毛细凝聚
现象。例如在323K时，
苯在氧化铁凝胶上的
吸附属于这种类型。
(Ⅴ)发生多分子层
吸附，有毛细凝聚
图8-7 气相双组分吸附平衡曲线
• 吸附分离系数描述吸附平衡，定义为
yA / x A y B / xB
y B、x B ——分别为组分B在吸附相和气相中的摩尔分数。
2气体混合物
为活性炭吸附 • 氮和氧的混合 这样的系统包括吸附在内共三组分，所以标绘 氮氧气平衡的 三角相图（平衡数据时亦采用采用三角（等边三角或直角 气与活性炭充 150℃、 表示吸附相组成， 三角）相图表示 。 分接触达到平 1atm），三角 RE代表系线，表 吸附相中吸附质 衡时，气相中 表示单位质量吸附 示吸附平衡时气 形的三个顶点 的组成亦由横坐 氮和氧的浓度。 质所需要的吸附剂 相和吸附相中两 分别表示重量 标读出 氮和氧的重量 相的组成 . E点和 的量 组成为100%， 分率可用 AR 、 R点分别表示吸附 吸附相中 三角形AB边表 平衡时吸附相和 BR表示 三个组分 示氮氧共存， 气相中被吸附物 质的重量分数 的相对量 AC边表示氮和 活性炭共 表示吸附 存,BC则表示 相中吸附 氧和活性炭共 质的分率 存。G、H表 表示吸附平衡 示对单一气体 时气相组成 的吸附量 长度为C组分
σ— 一个吸附质分子的截面积， m2 ；
W—吸附剂质量；
N 0 6.023 10 23 N0—阿伏伽德罗常数，
。
适用范围：P/P0=0.05~0.35时上方程较准确。
2.3多组分吸附与平衡
• 平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸附剂与 流体长时间接触，吸附量不再增加，吸附相 （吸附剂和已吸附的吸附质）与流体达到平衡， 此时的吸附量为平衡吸附量。 • 吸附等温线：吸附平衡关系常用不同温度下的 平衡吸附量与吸附质分压或浓度的关系表示， 其关系曲线称为吸附等温线。
2.2 吸附等温线方程式
• 亨利关系式
q=Hp Q=Hc
直线平衡关系。亨利型吸附等温线符合低浓度下的吸附。其中
H为常数， c p
分别为平衡时的压力、浓度。
、
弗兰德利希经验式
q kP
1/ n
q kC
1/ n
1 log q log k log p n
1 log q log k log c n
• 当吸附剂对混合气体中的两个组分吸附性能相 近时，可认为是双组分的吸附。通常温度升高、 压力下降会使吸附量下降。
右图反映了用石墨炭 吸附CFCl3－C6H6混 合气体，气相组成对 吸附量的影响。可以 看出，某组分在吸附 相和气相中摩尔分数 的关系与精馏中某组 分在气液两相摩尔分 数的关系非常相似。
吸附质
解吸或脱附
2.1
吸附机理及分类
引起吸附的原因
范德华力
化学键力
静电引力
2.1
吸附机理及分类
吸附的分类
物理吸附
化学吸附
交换吸附
物理吸附与化学吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： 1.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。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在 几个 kJ/mol以下。 3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体， 当然 吸附量会有所不同。
x A、xB ——气体组分A、B的重量分数 ；
——吸附相中气体组分A、B的重量分数。
根据等温 吸附曲线 初始部分 斜率的大 小，把液 相单组分 吸附等温 线分为S、 L、H、C 四大类型， 而每一类 型又分成 5族，见 右图，
当吸附剂对溶液中 3溶液 溶剂的吸附忽略不 计时，构成了液相 液相单组分吸附平衡 单组分的吸附
（2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回 收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸 出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境 的污染，又可回收有价值的溶剂。 （3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯 氧的制取。 （4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、 烯烃、芳香烃馏分的分离。 （5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收 一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等 有害物质。
q0bC Vmbp q 或者q 1 bC 1 bp
重排后可得：
1 1 1 1 q Vmb p Vm
1 1 1 1 q q0b C q0
这是Langmuir吸附公式的又一表示形式。 用实验数据，以1/p~1/q作图得一直线，从斜率 和截距求出吸附系数b和铺满单分子层的气体体 积Vm。
的比例
m-x-y图绘制x-y图
吸附剂对吸附平衡影响很大，不但 活性炭做吸附剂时比硅胶吸附量大， 而且分离因数也倒过来了，在活性 炭吸附时，乙烯优于乙炔被吸附
a硅胶为吸附剂 b活性炭为吸附剂 图5-13乙炔-乙烯在硅胶及活性炭上的吸附（25℃、1大气压）
气相双组分混合器的吸附平衡
以Langmuir 方程式为基础，推导出两组份关系式：