吸附动力学简介ppt
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第八章-化学吸附PPT课件
学吸附
不可逆，吸、脱时吸 附物发生了变化。
eg： 低压活性碳吸附氧，高温脱附 出CO、CO 。 2
CO
CO 2
9 影响因素
O 2
物理吸附: T, p, 表面大小
化学吸附: T, p, 表面大小,表面的微观结构
.
7
总之：物理吸附与化学吸附并不能完全 截然分开，有时可能共同存在。
§8-3 活化吸附理论 §8-3-1 吸附等压线 用粉末吸附剂吸附气体的实验：
设单位时间内有n 个分子撞到单位表面上， v
则单位表面吸附的分子数：
n =n av 为吸附分子在固体表面上的平均滞留时间
吸脱附平衡时，
U = U = n = n / a dva
.
29
若吸附是一位的，则f ()= n
a
U = K f () e(-Ed/RT)
d = K n e(-Ed/RT) a
0.
38
/( -1)= b p eq0 (1- ) /RT
0
取对数移项得：
lnp = -lnB +
q
+0ln
0
RT
1-
其中B = b e(q/RT)是与无关的常数
00
对化学吸附， lnp变化主要有
决定
RT
= q0lnB0 p
q
0 RT
不管吸附是否解离，表面是否均一都可用。
.
39
三个公式的比较
.
4
4 选择性
物理吸附
无
化学吸附
有
5 吸附温度
物理吸附
在吸附物沸点附近
化学吸附
较高温度
6 吸附的压力范围
物理吸附
比压力p/p >0.01 0
不可逆，吸、脱时吸 附物发生了变化。
eg： 低压活性碳吸附氧，高温脱附 出CO、CO 。 2
CO
CO 2
9 影响因素
O 2
物理吸附: T, p, 表面大小
化学吸附: T, p, 表面大小,表面的微观结构
.
7
总之：物理吸附与化学吸附并不能完全 截然分开，有时可能共同存在。
§8-3 活化吸附理论 §8-3-1 吸附等压线 用粉末吸附剂吸附气体的实验：
设单位时间内有n 个分子撞到单位表面上， v
则单位表面吸附的分子数：
n =n av 为吸附分子在固体表面上的平均滞留时间
吸脱附平衡时，
U = U = n = n / a dva
.
29
若吸附是一位的，则f ()= n
a
U = K f () e(-Ed/RT)
d = K n e(-Ed/RT) a
0.
38
/( -1)= b p eq0 (1- ) /RT
0
取对数移项得：
lnp = -lnB +
q
+0ln
0
RT
1-
其中B = b e(q/RT)是与无关的常数
00
对化学吸附， lnp变化主要有
决定
RT
= q0lnB0 p
q
0 RT
不管吸附是否解离，表面是否均一都可用。
.
39
三个公式的比较
.
4
4 选择性
物理吸附
无
化学吸附
有
5 吸附温度
物理吸附
在吸附物沸点附近
化学吸附
较高温度
6 吸附的压力范围
物理吸附
比压力p/p >0.01 0
吸附等温线及动力学ppt
-
（4）BET法 BET法计算是建立在Brunauer（布鲁诺），Emmett（埃麦特）和Teller（泰
勒）三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式的基础上，提出的一种计 算方法。即著名的BET方程：
-
（1）连续流动法 是相对于静态法而言，整个测试过程是在常压下进行，吸附剂是在处于连续
流动的状态下被吸附。连续流动法是在气相色谱的原理基础上发展而来的，籍 由热导检测器来测定样品吸附量的多少。连续动态氮吸附是以氮气为吸附气。 以氦气或氢气为载气，两种气体按照一定的比例混合，使氮气达到指定的相对 压力，流经样品颗粒表面。当样品管置于液氮环境下时，粉体材料对混合气体 中的氮气产生物理吸附，而载气则不被吸附，造成混合气体成分比例变化，从 而导致热导系数变化，这时就能从热导池检测器中检测到信号电压，即出现吸 附峰。吸附饱和后让样品重新回到室温，被吸附的氮气就会脱附出来，形成与 吸附峰相反的脱附峰。吸附峰或脱附峰的面积大小正比于样品表面吸附的氮气 量的多少，可通过定量气体标定峰面积所代表的氮气量，通过测定一系列氮气 分压P/P0下样品吸附的氮气量，绘制出氮气吸附等温线或脱附等温线，进而求 出比表面积。通常利用脱附峰来计算比表面积。
Sg4.3 6 V m/W (m 2/g)
可见，准确测定样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。
-
测定方法和原理
比表面积测试方法有两种分类标准。 一是根据测定样品吸附气体量的多少， 可分为：连续流动法、容量法和重量法。 重量法现在基本上很少使用。再是根据 计算比表面积的理论模型不同可分为： 直接对比法、Langmuir法和BET法等。 同时这两种分类标准又有一定的联系， 直接对比法只能采用连续流动法来测定 气体吸附量的多少，而BET法即可以采 用连续流动法，也可采用容量法来测定 气体吸附量。
（4）BET法 BET法计算是建立在Brunauer（布鲁诺），Emmett（埃麦特）和Teller（泰
勒）三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式的基础上，提出的一种计 算方法。即著名的BET方程：
-
（1）连续流动法 是相对于静态法而言，整个测试过程是在常压下进行，吸附剂是在处于连续
流动的状态下被吸附。连续流动法是在气相色谱的原理基础上发展而来的，籍 由热导检测器来测定样品吸附量的多少。连续动态氮吸附是以氮气为吸附气。 以氦气或氢气为载气，两种气体按照一定的比例混合，使氮气达到指定的相对 压力，流经样品颗粒表面。当样品管置于液氮环境下时，粉体材料对混合气体 中的氮气产生物理吸附，而载气则不被吸附，造成混合气体成分比例变化，从 而导致热导系数变化，这时就能从热导池检测器中检测到信号电压，即出现吸 附峰。吸附饱和后让样品重新回到室温，被吸附的氮气就会脱附出来，形成与 吸附峰相反的脱附峰。吸附峰或脱附峰的面积大小正比于样品表面吸附的氮气 量的多少，可通过定量气体标定峰面积所代表的氮气量，通过测定一系列氮气 分压P/P0下样品吸附的氮气量，绘制出氮气吸附等温线或脱附等温线，进而求 出比表面积。通常利用脱附峰来计算比表面积。
Sg4.3 6 V m/W (m 2/g)
可见，准确测定样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。
-
测定方法和原理
比表面积测试方法有两种分类标准。 一是根据测定样品吸附气体量的多少， 可分为：连续流动法、容量法和重量法。 重量法现在基本上很少使用。再是根据 计算比表面积的理论模型不同可分为： 直接对比法、Langmuir法和BET法等。 同时这两种分类标准又有一定的联系， 直接对比法只能采用连续流动法来测定 气体吸附量的多少，而BET法即可以采 用连续流动法，也可采用容量法来测定 气体吸附量。
吸附动力学
吸附动力学吸附动力学（adsorption kinetic），是以研究吸附、脱附速度及各种影响因素为主要内容的分支学科。
吸附、脱附速度主要由吸附剂与吸附质的相互作用及温度、压力等因素决定。
吸附动力学的研究有助于探讨化学吸附和多相催化反应机理。
吸附动力学（adsorption kinetic），是以研究吸附、脱附速度及各种影响因素为主要内容的分支学科。
吸附、脱附速度主要由吸附剂与吸附质的相互作用及温度、压力等因素决定。
吸附动力学的研究有助于探讨化学吸附和多相催化反应机理。
1、吸附：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。
吸附也指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象。
2、脱附desorption是吸附的逆过程。
是使已被吸附的组分达到饱和的吸附剂中析出，吸附剂得以再生的操作过程。
即被吸附于界面的物质在一定条件下，离逸界面重新进入体相的过程，也称解吸。
吸附动力学主要是研究一些表面能比较大的物质（比如活性炭）的吸附速率的影响因素，比如温度，反应条件等等的作用。
至于方程式，因为有太多，没法一一列举，而且符号的意义不看书不可能理解，建议还是买本书看。
补充：吸附等温线是热力学的，平衡时间和速率是动力学的，热力学主要是研究吸附可行性的。
什么是物理吸附和化学吸附？气体分子在固体表面的吸附机理极为复杂，其中包含物理吸附和化学吸附。
由分子间作用力（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。
物理吸附是一个普遍的现象，它存在于被带入并接触吸附气体（吸附物质）的固体（吸附剂）表面。
所涉及的分子间作用力都是相同类型的，例如能导致实际气体的缺陷和蒸汽的凝聚。
除了吸引色散力和近距离的排斥力外，由于吸附剂和吸附物质的特定几何形状和外层电子性质，通常还会发生特定分子间的相互作用（例如，极化、场-偶极、场梯度的四极矩）。
任何分子间都有作用力，所以物理吸附无选择性，活化能小，吸附易，脱附也容易。
吸附动力学及动态学.课件
剩余吸附能力
剩余吸附能力
2024/6/11
吸附过程及应用
20
(6)固定床吸附动力学
1.3 吸附动力学及动态学
4）透过曲线计算
✓在固定床吸附，如果浓度波形成后，波形保持固定不变， 并以恒定的速度向前移动。
✓依照物料衡算,在dτ时间内，送入床层中溶液内溶质变化值 εbuAC0dτ ，应等于在此段dz床层中吸附剂的吸附量和床层吸 附剂颗粒空隙εb内溶液浓度的变化量：
2Hale Waihona Puke 1.3 吸附动力学及动态学
(1) 吸附速度
1.3 吸附动力学及动态学
➢在单位时间内被单位体积(或质量)吸附剂所吸附的物质 量称为吸附速度。
✓吸附速率曲线
➢可用与测定吸附等温线相同 的方法，在不同吸附时间测得 吸附量，以吸附量为纵坐标， 时间为横坐标绘图，即可得到 吸附速率曲线。
➢右图为正己烷在5A分子筛上 的吸附速率曲线
(2) 吸附的传质过程
吸附剂都是内部拥有许多孔的多孔物质。以气相吸附质 在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体主流到吸附 剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：
✓ 第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜 到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。
✓ 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.
吸附量,kg/kg
0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00
0
10
20
30
40
50
60
70
吸附时 间 ,min
无机 ; 南工 3#
正己烷在不同生产厂的5A分子筛上的吸附速率曲线（30℃）
2024/6/11
吸附动力学及动态学ppt课件
吸附过程及应用
2
1.3 吸附动力学及动态学
(1) 吸附速度
1.3 吸附动力学及动态学
在单位时间内被单位体积(或质量)吸附剂所吸附的物质 量称为吸附速度。 吸附速率曲线
可用与测定吸附等温线相同
吸附量,kg/kg
0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70
d c GD Ft d n
式中D为扩散系数，负号表示扩散是向浓度低的方向进行。 扩散系数随扩散物质的性质而异，通常以实验方法测定， 从有关手册中也可查得。
2018/11/4
吸附过程及应用
7
(4) 吸附动力学方程
1.3 吸附动力学及动态学
按吸附动力学原理，吸附速度可用下式表示：
dq k (c y) dt
1.3 吸附动力学及动态学
吸附动力学及 动态学
1.3 吸附动力学及动态学
1.3 吸附动力学及动态学
吸附动力学主要研究吸附质在吸附剂颗粒内的扩 散性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数，
进而推算吸附活化能。
吸附动态学（或称动态吸附）主要研究吸附剂床 层内的传质层性能及其影响因素。
2018/11/4
2018/11/4
吸附过程及应用
12
(6)固定床吸附动态学
1）低浓度单组分的连续性方程
从物料衡算，得出固定床连续性方程为：
1.3 吸附动力学及动态学
式中， DAa＝DAm+ Ea——组分A在流动相流动方向的轴向扩散系数； DAm——流动相中组分A的有效扩散系数； Ea——弥散系数。
弥散效应是由于：(a)床层内固定颗粒之间流体混和，(b)沟流，使流动 相通过床层的横截面时流速不均匀，(c)Taylor扩散，由于局部径向速度 梯度和轴向浓度梯度共同引起的效果，因而产生弥散和返混的现象。 在没有返混，呈活塞流的理想情况下，固定床连续性方程改为：
吸附等温线与动力学
Langmuir型分子吸附模型
• Langmuir吸附模型是应用最为广泛的分子吸 附模型。 • Langmuir分子吸附模型是根据分子间力随距 离的增加而迅速下降的事实,提出气体分子 只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有 可能被吸附,即气体分子与表面相接触是吸 附的先决条件。 •
附剂加入100 mL,浓度为60 mg/L的 亚甲基蓝溶液中，不同时间时平衡浓度如 下表所示
等温吸附与吸附动力学
2014.5.20
什么是吸附等温曲线
吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在 两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它 们在两相中浓度之间的关系曲线。在一定 温度下, 分离物质在液相和固相中的浓度关 系可用吸附方程式来表示。作为吸附现象 方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状 态等, 而宏观地总括这些特性的是吸附等温 线
• The amount of dye adsorbed at the equilibrium time reflects the maximum adsorption capacity of the adsorbent under those operating conditions. In this study, the adsorption capacity at equilibrium (qe) was found to increase from 41.11 to 384.57 mg g-1 with an increase in the initial dye concentrations from 50 to 500 mg L-1. When the initial concentration increased, the mass transfer driving force would become larger, hence resulting in higher adsorption of MB.
吸附动力学及动态学
实验步骤与实验方法
01
实验步骤
02
1. 选择合适的吸附剂和吸附质，进行预处理；
2. 配置不同浓度的吸附质溶液；
03
实验步骤与实验方法
01
实验步骤
02
1. 选择合适的吸附剂和吸附质，进行预处理；
2. 配置不同浓度的吸附质溶液；
03
实验步骤与实验方法
3. 在恒温条件下进行吸附实验，记录吸附量随时 间的变化；
扩散系数
描述分子在溶液中扩散快慢的常数， 影响吸附速率。
03
02
吸附速率常数
描述吸附速率快慢的常数，与扩散 系数、反应速率常数等有关。
反应速率常数
描述化学反应快慢的常数，影响化 学反应控制模型的吸附速率。
04
吸附动力学模型的参数
01
平衡吸附量
在一定温度和压力下，吸附剂达到 吸附平衡时的吸附量。
扩散系数
吸附动态学在各领域的应用
环境科学
吸附动态学在环境科学领域中广泛应用于处理和治理环境污染问题。例如，通过研究土壤、水体和空气中的污染物在 吸附剂表面的动态行为，可以有效地去除和降低污染物的浓度。
能源科学
在能源科学领域，吸附动态学可用于研究和开发高效、低成本的储氢材料和二氧化碳捕获技术。通过了解吸附剂对氢 气和二氧化碳的动态吸附特性，可以优化材料的结构和制备方法，提高储氢和二氧化碳捕获的性能。
物理吸附
物理吸附是指分子间的范德华力 作用，吸附力较弱，吸附速率较 快。
化学吸附
02
03
动态吸附
化学吸附是指吸附剂与被吸附物 之间通过化学键结合，吸附力较 强，吸附速率较慢。
动态吸附是指吸附剂在动态条件 下的吸附行为，如流化床、固定 床等反应器中的吸附过程。
1.3吸附动力学及动态学
吸附传递过程由三部分组成，即外扩散、内扩散和表面吸 附。吸附过程的总速率取决于最慢阶段的速率。
2020/2/1
吸附过程及应用
6
(3)扩散系数
扩散过程在吸附中占有重要地位。由于分子热运动，在 没有外力作用下扩散过程能自发地产生。
按照费克定律，时间t内扩散穿过表面F的物质数量G与浓 度(c)梯度成正比(n扩散距离)。浓度梯度决定了过程的推 动力。
吸附量,kg/kg
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00 0
10
20
30
40
50
; 南工 3#
正己烷在不同生产厂的5A分子筛上的吸附速率曲线（30℃）
2020/2/1
吸附过程及应用
3
1.3 吸附动力学及动态学
(2) 吸附的传质过程
吸附剂都是内部拥有许多孔的多孔物质。以气相吸附质 在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体主流到吸附 剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段： 第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜 到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。
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。
吸附主体 外扩散外表面 内扩散内表面 吸附内表面吸附
2020/2/1
吸附过程及应用
5
(2)吸附的传质过程
内扩散是既有平行又有顺序的吸附过程，它的过程模式可表 达为：
2020/2/1
吸附过程及应用
1
1.3 吸附动力学及动态学
吸附动力学主要研究吸附质在吸附剂颗粒内的扩 散性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数， 进而推算吸附活化能。
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)
吸附等温线及动力学ppt
Sg4.3 6 V m/W (m 2/g)
可见，准确测定样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。
-
测定方法和原理
比表面积测试方法有两种分类标准。 一是根据测定样品吸附气体量的多少， 可分为：连续流动法、容量法和重量法。 重量法现在基本上很少使用。再是根据 计算比表面积的理论模型不同可分为： 直接对比法、Langmuir法和BET法等。 同时这两种分类标准又有一定的联系， 直接对比法只能采用连续流动法来测定 气体吸附量的多少，而BET法即可以采 用连续流动法，也可采用容量法来测定 气体吸附量。
-
（4）BET法 BET法计算是建立在Brunauer（布鲁诺），Emmett（埃麦特）和Teller（泰
勒）三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式的基础上，提出的一种计 算方法。即著名的BET方程：
V(P 0 P P)Vm 1CC Vm C 1(P/P 0) P:吸附质分压； P0：吸附质饱和蒸气压； V:样品实际吸附量；Vm:单层饱和吸附量； C:与样品吸附能力有关的常数。
-
BET方程建立在多层吸附的理论基础之上，与许多物质实际吸附过程更接近， 因此测试结果可靠性更高。实际测试过程中，通常实测3-5组被测样品在不同气体 分压下的多层吸附量V，以P/P0为X轴，P/V(P0-P)为纵轴，由BET方程做图进行线 性拟合，得到直线的斜率和截距，从而求得Vm值，计算出被测样品的比表面积。 理论和实践表明，当P/P0取点在0.05~0.35范围内时，BET方程与实际吸附过程相 吻合，图形线性也很好，因此实际测试过程中选点需在此范围内。由于选取了3-5 组P/P0进行测试，因此也称为多点BET，当被测样品的吸附能力很强，即C值很 大时，直线的截距接近于零，可近似认为直线通过原点，此时，可只测定一组 P/P0数据与原点相连，即可求得比表面积，称之为单点BET。该法简便，但误差 相对较大。
可见，准确测定样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。
-
测定方法和原理
比表面积测试方法有两种分类标准。 一是根据测定样品吸附气体量的多少， 可分为：连续流动法、容量法和重量法。 重量法现在基本上很少使用。再是根据 计算比表面积的理论模型不同可分为： 直接对比法、Langmuir法和BET法等。 同时这两种分类标准又有一定的联系， 直接对比法只能采用连续流动法来测定 气体吸附量的多少，而BET法即可以采 用连续流动法，也可采用容量法来测定 气体吸附量。
-
（4）BET法 BET法计算是建立在Brunauer（布鲁诺），Emmett（埃麦特）和Teller（泰
勒）三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式的基础上，提出的一种计 算方法。即著名的BET方程：
V(P 0 P P)Vm 1CC Vm C 1(P/P 0) P:吸附质分压； P0：吸附质饱和蒸气压； V:样品实际吸附量；Vm:单层饱和吸附量； C:与样品吸附能力有关的常数。
-
BET方程建立在多层吸附的理论基础之上，与许多物质实际吸附过程更接近， 因此测试结果可靠性更高。实际测试过程中，通常实测3-5组被测样品在不同气体 分压下的多层吸附量V，以P/P0为X轴，P/V(P0-P)为纵轴，由BET方程做图进行线 性拟合，得到直线的斜率和截距，从而求得Vm值，计算出被测样品的比表面积。 理论和实践表明，当P/P0取点在0.05~0.35范围内时，BET方程与实际吸附过程相 吻合，图形线性也很好，因此实际测试过程中选点需在此范围内。由于选取了3-5 组P/P0进行测试，因此也称为多点BET，当被测样品的吸附能力很强，即C值很 大时，直线的截距接近于零，可近似认为直线通过原点，此时，可只测定一组 P/P0数据与原点相连，即可求得比表面积，称之为单点BET。该法简便，但误差 相对较大。
吸附热力学ppt课件
对于与环境之间既无物质的交换也无能量的交 换的孤立体系来说，推动体系内化学反应自发进 行的因素就只有一个，那就是熵增加。
因此，引入熵的概念后, 热力学第二定律又可表 述为:
在孤立体系内，任何变化都不可能使熵的总 值减少。 这也称为熵增加原理。
熵增加原理的数学表达式为： △S孤立≥ 0 或 dS孤立≥ 0
只有△H 和△S 这两个因素对自发性的影响相反时，
才可能通过改变温度，来改变反应自发进行的方向。
而△G = 0 时的温度，即反应平衡时的温度，称为转变
温度：
△G = △H – T△S = 0
△H T转变 = △S
在放热、熵减少情况下，这个温度是反应能正向自发 的最高温度；在吸热、熵增加情况下，这个温度是反应 能正向自发的最低温度。
式中△S孤立或 dS孤立表示孤立体系的熵变。
如果变化是不可逆过程，则 △S孤立 > 0，如果变化 过程是可逆的， △S孤立 = 0，总之，熵有增无减：
dS孤立 或 △S孤立
> 0 自发过程（不可逆过程） = 0 可逆过程（平衡） < 0 不自发过程
上式就是孤立体系中过程能否自发或处于平衡的 判断依据，简称熵判据。
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 =
8、吉布斯自由能
• 利用状态函数熵的变化可以判断自动变化 过程的方向和极限，但它只能应用于隔离 体系。对于实际存在的尤其是封闭体系或 开放体系，例如各种水质以及水溶液中各 种化学反应过程，虽然有时也可以把环境 合在一起算作隔离体系而应用熵值，但很 不方便。这样，就提出了其它状态函数例 如自由能等概念。
因此，引入熵的概念后, 热力学第二定律又可表 述为:
在孤立体系内，任何变化都不可能使熵的总 值减少。 这也称为熵增加原理。
熵增加原理的数学表达式为： △S孤立≥ 0 或 dS孤立≥ 0
只有△H 和△S 这两个因素对自发性的影响相反时，
才可能通过改变温度，来改变反应自发进行的方向。
而△G = 0 时的温度，即反应平衡时的温度，称为转变
温度：
△G = △H – T△S = 0
△H T转变 = △S
在放热、熵减少情况下，这个温度是反应能正向自发 的最高温度；在吸热、熵增加情况下，这个温度是反应 能正向自发的最低温度。
式中△S孤立或 dS孤立表示孤立体系的熵变。
如果变化是不可逆过程，则 △S孤立 > 0，如果变化 过程是可逆的， △S孤立 = 0，总之，熵有增无减：
dS孤立 或 △S孤立
> 0 自发过程（不可逆过程） = 0 可逆过程（平衡） < 0 不自发过程
上式就是孤立体系中过程能否自发或处于平衡的 判断依据，简称熵判据。
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 =
8、吉布斯自由能
• 利用状态函数熵的变化可以判断自动变化 过程的方向和极限，但它只能应用于隔离 体系。对于实际存在的尤其是封闭体系或 开放体系，例如各种水质以及水溶液中各 种化学反应过程，虽然有时也可以把环境 合在一起算作隔离体系而应用熵值，但很 不方便。这样，就提出了其它状态函数例 如自由能等概念。
吸附原理及应用PPT课件
C = C0
交界层
C=0
L
0
1.0
C/C0
吸附
冲洗 洗脱
吸附
冲洗
洗脱
y 时间/体积
固定床内的浓度分布曲线
yF
时间
y
0
0
l
床层长度
q = f (y)
时间
• 指正在发生吸附作用的那段填充层，
吸附区 和 平衡区
yF
y
0
(1)物理吸附：溶质吸与附吸过附剂程之理间论由根于底范
德吸华附力的而分产类生的吸附。 (2)化学吸附：溶质与吸附剂发生化学反 响，形成牢固的吸附化学键和外表络合 物。 (3)交换吸附：溶质的离子由于静电引力 作用聚集在吸附剂外表的带电点上，并 置换出原先固定在这些带电点上的其他 离子。
固体内局部子所受分子间的作用力是对称的，而固体外表 分子所受力是不对称的。向内的一面受内局部子的作用力 较大，而外表向外一面所受的作用力较小， 因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体 外表时就会被吸引而停留在固体外表上。
非
定向力 极性分子的永久偶极静电力
共
诱导力 极性分子与非极性分子之间的吸引力
价
色散力 非极性分子之间的引力〔瞬间偶极〕
作 用
氢键力 介于库仑引力与范德华引力之间的特殊 分子间定向作用力
吸附质和吸附剂之间的作用力－范德华 力
吸附过程理论根底
吸附过程理论根底
吸附过程理论根底
一种特殊的分子间作用力，介于库仑引力与范德华引力 之间的特殊定向力，比诱导力、色散力都有大
〔三〕操作条件
吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温 有利于脱附.
吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式
吸附_PPT版
第三节 吸附效果的评价方法 ● 一般吸附性能指标：
比表面积、碘值、四氯化碳吸附值、亚甲基 蓝吸附值
通常认为，这些指标高，则吸附剂的吸附性能 就高，所以习惯上都是根据这些一般吸附性能指 标来选择水处理用吸附剂。
第三节
吸附效果的评价方法
★对活性炭：一般吸附性能指标与活性炭对天然水中有机物的
吸附性能相关性不好，若用这些指标来选择水处理用活性炭， 会得出错误的结果。
第二节 主要吸附剂
其他吸附剂：沸石、硅藻土、 活性氧化铝等。
● 沸石：是一网架状铝硅酸盐火山岩 矿物。由于含有移动性较大的氧离子和 水分子，可进行阳离子交换和吸附性 质。 （1）可对有机物吸附去除（水中极性分 子更易被去除）； （2）通过离子交换去除水中氨氮，并可 再生处理； （3）可作为水质软化、去除水中重金属 离子，可用食盐水再生。
第四节 活性炭的吸附性能与影响因素
（2） 臭氧活性炭的应用
① 生物活性炭工艺最初起源于欧洲，最早在德国的杜塞尔多夫水厂使用。 ② 目前欧洲水厂多使用臭氧活性炭工艺：法国有700家使用臭氧活性炭， 日产水量为300万立方米；瑞士有30%以上的地表水厂使用臭氧活性 炭；德国有70多家水厂应用臭氧活性炭工艺。 ③ 美国1976年开始研究臭氧生物活性炭技术。至1990年有40多家水厂应 用臭氧活性炭工艺，包括纽约、落杉矶等大水厂。 ④ 日本于1988年联合发布引入深度处理工艺的方针，规定当原水水质的 色度达到25度，嗅阈值25，高锰酸钾消费量7.5mg／L，氨氮0.16mg ／L时就要采用臭氧活性炭深度处理工艺。1992年起东京都的金町、 三乡、 朝霞水厂，大阪市的柴岛、庭洼、丰野等水厂相继建成深度 处理水厂，大规模开始运行。日本东京都金町净水厂的一期臭氧活性 炭26万m3/d工程已运行投产。
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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化学吸附 吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、
交换或共有，形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场， 表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面 上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键 的吸附作用。
吸附过程的动力学研究主要是用来描述吸附剂吸附溶质的速率快慢， 通过动力学模型对数据进行拟合，从而探讨其吸附机理。
-
准二级动力学反应 是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制这种
吸附涉及到吸附质与吸附剂之间电子对公用或转 移。吸附质从溶液中到达吸附剂表面化学吸附机 理控制的,吸附剂表面有两种结合位点。
符合二级模型则说明吸附动力学主要是受化学作 用所控制,而不是受物质传输步骤所控制
-
-
颗粒内扩散模型
颗粒内扩散模型最早由Weber 等提出，其概念 ② 准一级动力学模型 ③ 准二级动力学模型
-
基本概念
物理吸附 物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分
子间作用力所引起。吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有 自由的力场来吸引吸附质，由于它是分子间的吸力所引起的吸附，所 以结合力较弱，吸附热较小，吸附和解吸速度也都较快。被吸附物质 也较容易解吸出来，所以物理吸附在一定程度上是可逆的。
-
式中，kp 为颗粒内扩散速率常数，mg·(g·min1/2) -1 ，kp值越大， 吸附质越易在吸附剂内部扩散，由Qt—t1/2 的线形图的斜率可得到Kp. 根据内部扩散方程，以Qt对t1/2作图可以得到一条直线。若存在颗粒 内扩散，Qt对t0. 5为线性关系，且若直线通过原点，则速率控制过程 仅由内扩散控制。否则，其它吸附机制将伴随着内扩散进行
-
准一级动力学反应 在准一级动力学反应中,吸附质从溶液中到达吸附 剂表面是受扩散步骤控制,吸附剂表面有只有一种结 合位点。
ln(qe-qt) = lnqe-K1t
尽管一级动力学模型已经广泛地用于各种吸附过程,但它却有局限性。一级 线性图是由ln ( Qc -Qt ) 对时间作图,因此必须先得到Qc值, 但在实际的吸附系 统中, 可能由于吸附太慢, 达到平衡所需时间太长,因而不可准确测得其平衡吸 附量Qc值,因此,它常常只适合于吸附初始阶段的动力学描述,而不能准确地描 述吸附的全过程
交换或共有，形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场， 表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面 上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键 的吸附作用。
吸附过程的动力学研究主要是用来描述吸附剂吸附溶质的速率快慢， 通过动力学模型对数据进行拟合，从而探讨其吸附机理。
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准二级动力学反应 是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制这种
吸附涉及到吸附质与吸附剂之间电子对公用或转 移。吸附质从溶液中到达吸附剂表面化学吸附机 理控制的,吸附剂表面有两种结合位点。
符合二级模型则说明吸附动力学主要是受化学作 用所控制,而不是受物质传输步骤所控制
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颗粒内扩散模型
颗粒内扩散模型最早由Weber 等提出，其概念 ② 准一级动力学模型 ③ 准二级动力学模型
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基本概念
物理吸附 物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分
子间作用力所引起。吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有 自由的力场来吸引吸附质，由于它是分子间的吸力所引起的吸附，所 以结合力较弱，吸附热较小，吸附和解吸速度也都较快。被吸附物质 也较容易解吸出来，所以物理吸附在一定程度上是可逆的。
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式中，kp 为颗粒内扩散速率常数，mg·(g·min1/2) -1 ，kp值越大， 吸附质越易在吸附剂内部扩散，由Qt—t1/2 的线形图的斜率可得到Kp. 根据内部扩散方程，以Qt对t1/2作图可以得到一条直线。若存在颗粒 内扩散，Qt对t0. 5为线性关系，且若直线通过原点，则速率控制过程 仅由内扩散控制。否则，其它吸附机制将伴随着内扩散进行
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准一级动力学反应 在准一级动力学反应中,吸附质从溶液中到达吸附 剂表面是受扩散步骤控制,吸附剂表面有只有一种结 合位点。
ln(qe-qt) = lnqe-K1t
尽管一级动力学模型已经广泛地用于各种吸附过程,但它却有局限性。一级 线性图是由ln ( Qc -Qt ) 对时间作图,因此必须先得到Qc值, 但在实际的吸附系 统中, 可能由于吸附太慢, 达到平衡所需时间太长,因而不可准确测得其平衡吸 附量Qc值,因此,它常常只适合于吸附初始阶段的动力学描述,而不能准确地描 述吸附的全过程