第一章-吸附及吸附过程

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吸附材料及应用
（3）化学吸附
1.1 吸附及吸附平衡
✓化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。 ✓吸附需要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸附 平衡。温度升高，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发 生明显的化学吸附. ✓吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小，随被吸附分子 和吸附剂表面原子间形成吸附化学键力大小的不同而有差异。
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1.1 吸附及吸附平衡
吸附、脱附、吸收、吸着
➢ 吸附（adsorption）一种物质的分子、原子或离子能自 动地附着在某固体表面上的现象。或：在任意两相间的 界面层，某物质的浓度能自动地发生变化的现象，皆称 为吸附。
➢ 吸附(adsorption) - 当两相组成一个体系时，其组成在两 相界面(Interface)与相内部是不同的，处在两相界面处的 成分产生了积蓄(浓缩)。这种现象称为吸附。
较大
选择性 无选择性
有选择性
稳定性 不稳定,易解吸
稳定
分子层 单分子层或多分子层 单分子层
吸附速率 较快
较慢
受温度影响小
受温度影响大
受吸附剂的比表面积 受表面化学性质和
和细孔分布影响大 化学性质影响大!
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（4）吸附平衡
1.1 吸附及吸附平衡
➢随着吸附质在吸附剂表面数量的增加．解吸速度逐渐加 快，当吸附速度和解吸速度相当，即在宏观上当吸附量不 再继续增加时，就达到了吸附平衡。
✓表面源自文库学性质和被吸附分子化学性质影响大!
总之：化学吸附相当于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 收谱带。
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✓物理吸附和化学吸附的比较 1.1 吸附及吸附平衡
物理吸附
化学吸附
吸附力 范德华力
化学键力
吸附热 较小(～液化热)
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（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 很小)，吸附和解吸的速度都很快，易达平衡。
第一章 吸附及吸附过程
1.1 吸附及吸附平衡
吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附势能曲线，吸附平衡，平衡 吸附量。
1.2 吸附热力学
气体吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸 附热及其测定。
1.3 吸附动力学及动态学
吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定， 吸附传质区、吸附前沿。
个相的内部(扩散)，称为吸收。它与吸附是不同的。 吸着(sorption)-当吸附与吸收同时进行时称为吸着。
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1.1 吸附及吸附平衡
(1)形成吸附原因
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。
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。
1.1 吸附及吸附平衡
✓ 大多数固体比液体具有更高的表面能。 ✓ 剩余表面能---溶质浓集
✓ 一定T、p，被吸附的量随吸附面积的增加而加大。比表面很大的 物质，如粉末状或多孔性物质，往往有良好的吸附性能。
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（2）物理吸附
1.1 吸附及吸附平衡
✓分子间力—物理吸附（physical adsorption,physisorption) 是吸附剂和吸附质之间通过分子间力（范德华力、氢键作用 力）相互吸引,形成的吸附现象。
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1.1 吸附及吸附平衡
吸附、脱附、吸收、吸着 吸附剂(adsorbent)-具有吸附能力的物质。如:活性炭。 吸附质(adsorbate)-被吸附的物质。如:溴。 脱附(desorption) -已被吸附的原子或分子，返回到液相或气
相，称之为解吸或脱附。 吸收(absorption)-原于或分子从一个相主体均匀地进入另一
✓ 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。
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。
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（3）化学吸附
1.1 吸附及吸附平衡
✓作用力是化学键力--化学吸附（ chemical adsorption, chemisorption )被吸附的分子和吸附剂表面的原子发生化学 作用，在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排 或化学键的破坏与生成等现象。 ✓吸附热较大 --化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附的 吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多，一 般都在40 kJ/mol~400kJ/mol的范围，典型值200kJ/mol。 ✓选择性比较强--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。
➢ 固体不能通过收缩表面降低表面吉布斯自由能，但它可利用表面的剩 余力，从周围介质捕获其它的物质粒子，使其不平衡力场得到某种程 度的补偿，致使表面吉布斯函数的降低。
周围介质中其它的物质粒子
受力不均匀
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固体表面上的原子或 分子，不可移动。
不平衡力场得到某种程度的补偿
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（1）形成吸附原因
✓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。
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（1）形成吸附原因
1.1 吸附及吸附平衡
➢ 固体表面层物质受到指向内部的拉力，这种不平衡力场的存在导致表 面吉布斯函数的产生。
✓吸附(放)热较小—为气体冷凝焓数量级，约42kJ/mol或更少。
例：298.15K，H2O(g)在氧化铝上吸附焓Hm=-45kJ/mo1，水蒸气冷 凝焓Hm ＝-44kJ/mo1。多数气体物理吸附焓-Hm＜25kJ/mo1，不 足以导致化学键断裂。
✓没有选择性—任何固体可以吸附任何气体，一般易液化的 气体易被吸附，但吸附量会有所不同。 ✓易解吸(脱附)—吸附作用力较弱，解吸(脱附)较易于进行。