吸附理论
吸附与粘附
吸附就是固体或液体表面对气体或溶质的吸着现象。
由于化学键的作用而产生的吸附为化学吸附。
如镍催化剂吸附氢气，化学吸附过程有化学键的生成与破坏，吸收或放出的吸附热比较大，所需活化能也较大，需在高热下进行并有选择性。
物理吸附是由分子间作用力相互作用而产生的吸附。
如活性炭对气体的吸附，物理吸附一般是在低温下进行，吸附速度快、吸附热小、吸附无选择性。
粘附：固体表面剩余力场与其紧密接触的固体或液体的质点相互吸引发生粘附。
粘附现象的本质和吸附一样，都是两种物质之间表面力作用的结果。
粘附作用可通过两固相相对滑动时的摩擦、固体粉末的聚集和烧结等现象表现出来。
1）吸附理论：粘合作用是由胶黏剂和被粘物分子或原子在界面层互相吸附产生的（包括离子键吸引力、共价键、氢键、各种类型的范德华力）；
2）扩散理论：界面上链段互相扩散满足两个条件，热力学条件是胶黏剂与被粘物之间的相溶性，动力学条件是高分子链段运动有显著的速度；
3）化学粘附理论：粘附界面上产生化学键和作用，可以提高粘附强度和粘附体系的稳定性；
4）弱边界层理论：弱边界层是一个厚度比原子尺寸大而所能承受的应力又比两本体相小的薄层，常成为粘附断裂点（间接推论得到，无法将其分离和表征）。
5）粘接中的静电力：两接触面间的作用由静电作用产生，静电则由界面间的双电子层形成。
兰缪尔吸附理论
兰缪尔吸附理论兰缪尔吸附理论是1894年由法国物理学家詹姆斯兰缪尔提出的重要理论，是聚合物的表面物理方面的重要理论之一。
它指出，表面上吸附的某种物质，会在固体表面和液体中相互作用，在聚合物表面形成一层膜，从而产生一定的特性。
该理论影响了许多科学领域，包括化学、材料科学和生物学。
该理论表明，当一种物质从液体中分离出来时，它会在表面上形成一层膜。
这一层膜会与液体相互作用，形成一些特定的特性。
这些特性，主要表现为分子的物理性质及其外部形式的变化，以及分子的电荷的变化。
据研究表明，表面吸附在聚合物表面上形成的膜，可以影响聚合物的物理性质。
此外，兰缪尔吸附理论还表明，聚合物表面上形成的膜，对表面粘附性也有影响。
研究表明，膜的厚度可以影响聚合物的表面粘附性，即膜越厚，聚合物的表面粘附性越强。
最后，兰缪尔吸附理论还表明，膜的电荷对表面粘附性也有影响，即膜的正电荷越多，聚合物的表面粘附性越强。
兰缪尔吸附理论对聚合物表面物理特性有着重要的影响，因此在许多工业领域得到了广泛应用。
在石油、化学、建筑、冶金、农业等行业，都运用到了以兰缪尔吸附理论作为基础的实验与应用。
例如，在石油行业，使用兰缪尔吸附理论可以帮助提高石油精制和分离效率；在化学行业，人们可以应用兰缪尔吸附理论来开发各种新型材料，以达到高效的分离和吸附效果；在建筑行业，人们可以利用兰缪尔吸附理论，制造出更防水、防潮、耐候性强的材料；在冶金行业，人们可以利用兰缪尔吸附理论，改善冶金材料的吸附性，以增加材料的耐热性；在农业行业，人们可以应用兰缪尔吸附理论，改善农作物的抗病虫性和产量。
因此，总结起来，兰缪尔吸附理论不仅对于科学研究有着重要的意义，而且在实际工业应用中也发挥着重要作用，为生产制造各种优质的产品，提供了重要的支持。
因此，继续深入研究兰缪尔吸附理论，有助于提高人类生活品质，更好地保护自然环境，为社会发展做出重要贡献。
吸附理论的提出与发展
吸附理论的提出与发展吸附理论是关于物质吸附现象的解释和描述的理论体系。
它以描述物质在固体表面或界面与气体、液体或溶液相互作用的方式为基础，对吸附现象进行了深入研究。
本文将从吸附理论的起源、提出者、发展历程和对实际应用的影响等方面进行阐述。
吸附理论的起源可追溯到19世纪。
当时科学家们通过观察发现，固体表面具有使气体或液体分子附着的能力，并称其为吸附现象。
然而，对于吸附现象的描述和解释仍然存在着许多困惑。
直到20世纪初，随着物理化学的发展，吸附理论得以提出和发展。
吸附理论的第一个重要贡献是由物理学家Langmuir在1918年提出的单分子层吸附理论。
Langmuir将吸附现象看作是气体分子在固体表面上的吸附和解吸过程，假设固体表面上各个活性吸附位点之间是彼此独立的。
他进一步提出了一种确定吸附能力的方法-吸附等温线。
吸附等温线是表征吸附平衡关系的函数，反映了吸附承载量与气体压力或液相浓度之间的关系。
Langmuir的理论对于深入理解吸附现象的本质起到了重要的启发作用，成为吸附理论的基础。
随着科学技术的迅猛发展，人们对吸附理论的研究不断深入。
20世纪50年代至60年代，随着电子显微镜和表面分析技术的建立，科学家们开始研究吸附反应动力学过程和固体表面的微观结构。
BET等科学家在1938年提出了带有多层吸附的理论，进一步完善了Langmuir的单分子层吸附理论。
他们考虑了多个单分子层的形成，并提出了一种用于表征吸附承载量的方法-比表面积。
在吸附理论的发展历程中，化学反应动力学在吸附动力学的研究中扮演着重要的角色。
量子化学的发展和表面化学的进步使得人们能够更加准确地描述吸附反应的动力学过程。
Kinetic Monte Carlo法等计算方法的引入，使得研究者能够模拟吸附过程的动力学行为，推断表面反应的可能机制。
吸附理论也开始与其他研究领域如催化、材料科学等产生交叉，为这些领域的研究提供了理论基础。
吸附理论对于实际应用具有重要意义。
第7章 吸附(2学时)
NA
D
(c
ci )
kf
(c
ci
)
式中 D——溶质在水膜中的扩散系数，m2/L； δ——水膜厚度，m；
kf——水膜传质系数，m/L； c——水中溶质的浓度，kg/m3； ci——颗粒表面的溶质浓度，kg/m3。
固定床填充层单位容积的吸附速度为
b
dq dt
k
f
av (c
ci
)
式中 ρb——填充层的表现密度，kg/m3；
第二节 吸附剂及其再生
一、吸附剂
工业吸附剂必须满足下列要求：①吸附能力强；②吸附选
择性好；③吸附平衡浓度低；④容易再生和再利用；⑤机械 强度好；⑥化学性质稳定；⑦来源广；⑧价廉。一般工业吸 附剂难于同时满足这八个方面的要求，因此，应根据不同的 场合选用。
目前在废水处理中应用的吸附剂有:活性炭、活化煤、白土、 硅藻土、活性氧化铝，焦炭、树脂吸附剂、炉渣、木屑、煤 灰、腐殖酸等。
l.活性炭
活性炭是一种非极性吸附剂。外观为暗黑色，有粒状和粉 状两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。活性炭主要 成分除碳以外，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、 灰分。它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强 酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。
活性炭具有巨大的比表面和特别发达的微孔。通常活性炭 的比表面积高达500～1700m2/g，这是活性炭吸附能力强，
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物， 其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。一般把表面氧化物
分成酸性的和碱性的两大类。经常指的酸性氧化物基团有：羧 基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基、萤光型内酯基、羧酸酐基 及环式过氧基等。对碱金属氢氧化物有很好吸附能力。酸性氧
吸附理论与吸附分离技术的进展
参考内容
页岩气作为一种清洁、高效的能源形式，日益受到全球。页岩气吸附与解吸 附机理的研究对提高页岩气开采效率、优化能源利用具有重要意义。本次演示将 综述页岩气吸附与解吸附机理的研究现状、基本原理及研究方法，并探讨未来研 究方向。
一、研究现状
页岩气吸附与解吸附机理的研究经历了多个阶段，研究者们提出了不同的模 型和理论。目前，广泛应用的主要有基于物理吸附的Langmuir模型和基于化学吸 附的BET模型等。然而，这些模型在解释页岩气吸附与解吸附现象时均存在一定 局限性。
大孔吸附树脂分离纯化技术的应 用
1、药物分离
大孔吸附树脂在药物分离领域具有广泛的应用，尤其在中药有效成分的提取 和分离方面独具优势。通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对中药中多糖、 黄酮、生物碱等有效成分的高效分离，为中药现代化提供了有力支持。
2、食品净化
大孔吸附树脂在食品净化领域也有着广泛的应用，主要表现在果蔬汁的除杂、 豆制品中蛋白质的提取和纯化等方面。通过树脂的吸附作用，可以去除果蔬汁中 的杂质，提高产品的品质和口感；同时，树脂还可以用于蛋白质的提取和纯化， 为食品加工提供更多优质原料。
总之，页岩气吸附与解吸附机理的研究仍有待深入探索，未来的研究方向应 注重完善模型、引入新技术、综合考虑多因素以及探索应用前景等方面，以推动 页岩气产业的可持续发展。
大孔吸附树脂分离纯化技术及其 应用
大孔吸附树脂分离纯化技术是一种具有广泛应用价值的分离技术，其原理基 于物理吸附作用，通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对混合物中各组分 的有效分离。该技术在药物分离、食品净化、环保等领域发挥着重要作用，为工 业生产和日常生活带来了诸多便利。
2、引入新技术：例如，利用先进的原位光谱技术、纳米技术等，更加深入 地研究页岩气吸附与解吸附机理，提供更加丰富和精准的数据支持。
物理吸附知识分享
System Tip Error: 1.Analysis canceled:Time limit exceeded while evacuating sample(unrestricted) 2.Total volume closed greater than 1000.0cm STP is not allowed. 3.The application encountered and unexpected error and will be halted. 4.Po transducer 1\2\3\4 overrange detected. 5.Past gas is not condensing.
三型等温线 少见，等温线下凹，且没有拐点。吸附气体量随组分分压 增加而上升。曲线下凹的原因，因为吸附质分子间的相互 作用比吸附质与吸附剂之间的强，第一层吸附热比吸附质 的液化热小，以致于吸附初期吸附质较难于吸附，而随吸 附过程进行，吸附出现自加速现象，吸附层数也不受限制。
四型等温线与二型等温线类似，曲线后一段再次凸起，且中间段可能 出现吸附回滞环，其对应的是多孔吸附剂出现毛细凝聚体系。在中等 的相对压力，由于毛细凝聚的发生，四型等温线较儿型等温线上升的 更快。
6.样品脱气（样品脱气后重新称量样品管和塞子组装在一起的重量）
7.将脱气后的样品管转移至分析口、套上保温套管、按上连接头、给 杜瓦瓶装液氮、挂上安全罩
8.进行分析
9.产生结果报告
注意事项
1.气体钢瓶（气瓶的出口压力设定为0.1MPa，气瓶上的气体管线要一周检查一次， 超过一周一起不使用时，及时关闭气瓶） 2.样品管（在装样，清洗，安装样品管的时候一定小心，避免样品管破损。可以用超 声清洗仪清洗，洗净后烘箱烘干） 3.杜瓦瓶（在加液氮时候，开始要慢慢加。不用时候，给杜瓦瓶盖上保护盖。每周， 都要用纯水清洗杜瓦瓶内部，并晾干。杜瓦瓶外，要始终挂上安全罩。） 4.真空泵泵油（在测试700个样品后，建议更换真空泵泵油） 5.O圈（准备两组O圈，两周更换一次） 6.实验室湿度40%-60%温度15°-26° 7.仪器出现异常 @首先对系统出现的提示进行记录和保留 @可以考虑取消测试，关闭软件、仪器、泵，将杜瓦瓶放于安全位置，电话联系麦克 工程师，寻求指导
吸附的基本理论与工艺
吸附的基本理论固体表面分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞该固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。
吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附剂吸附的物质称为吸附质。
2.1吸附机理及分类溶质从水溶液中迁移至固体颗粒表面，发生吸附，是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。
引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力。
溶质的溶解度是确定第一种原因的重要因素。
溶质的溶解度越大，则向固体表面迁移的可能性越小，反之亦然。
吸附作用的第二种原因主要由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力所引起的。
与此相对应，可将吸附分为两种基本类型。
（1）物理吸附指溶质与吸附剂之间由于静电引力或分子间力（范德华力）而产生的吸附。
其特点是没有选择性，吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上，而多少能在界面范围内自由移动，因而其吸附的牢固程度不如化学吸附。
影响物理吸附的主要因素是吸附剂的比表面积和细孔分布。
（2）化学吸附指溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物，吸附质分子不能在表面自由移动。
化学吸附具有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用，一般为单分子层吸附。
通常需要一定的活化能，在低温时，吸附速率较小。
这类吸附与吸附剂表面化学性质和吸附质的化学性质有密切的关系。
2.2吸附平衡与吸附等温线2.2.1吸附平衡吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡。
达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用q e 表示。
对一定的吸附体系，平衡吸附量是吸附平衡浓度Ce和温度T的函数。
q e=f '(C e ,T)当实验温度T不变时，q e仅是C e的函数，即q e =f '(C e)为了确定吸附剂对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验，吸附试验常用的方法有两种：将一组不同质量的吸附剂与一定容积的已知溶质初始浓度的溶液混合或者将一组一定容积的不同溶质初始浓度的溶液与一定质量的吸附剂混合，在选定温度下使之达到吸附平衡。
化学反应机理的表面吸附理论
化学反应机理的表面吸附理论化学反应机理的表面吸附理论是研究表面吸附反应动力学的一项重要理论。
它在化学领域中具有广泛的应用，有助于理解和解释各种化学反应发生的机制和速率。
本文将探讨化学反应机理的表面吸附理论的基本概念和应用，并重点讨论其在催化反应中的作用。
1. 表面吸附的基本概念表面吸附是指气体、溶液或固体物质在固体表面附近发生物理或化学吸附的现象。
它是化学反应机理中一个重要的环节，直接影响着反应速率和选择性。
表面吸附过程包括物质在表面上的吸附、扩散和反应等步骤。
2. 吸附理论的发展早期研究表面吸附的理论主要有朗姆方程、Bet等温吸附方程和Freundlich方程等。
这些理论主要描述了物质在固体表面的吸附行为和吸附现象。
然而，在理解化学反应机理的过程中，需要更进一步地研究吸附分子在固体表面上的吸附构型和反应机理。
3. Langmuir理论Langmuir理论是化学反应机理中最早也是最经典的表面吸附理论之一。
其基本原理是假设表面上的吸附位点独立且能容纳一个分子，分子间不存在相互作用。
该理论给出了吸附量与吸附平衡度之间的关系，可以用来解释表面吸附反应动力学过程。
4. Frumkin理论Frumkin理论是对Langmuir理论的改进和扩展，考虑了理想环境中表面上化学吸附分子相互作用的影响。
它引入了Frumkin系数，用于描述表面上吸附分子之间的相互作用。
Frumkin理论能更准确地描述表面吸附反应动力学行为，尤其在电化学反应中应用较为广泛。
5. 表面吸附在催化反应中的应用催化反应是指通过添加催化剂来改变化学反应速率和选择性的过程。
在催化反应中，表面吸附过程起着至关重要的作用。
通过理解表面吸附的机理，可以优化催化剂的设计和催化反应条件的选择，提高反应的效率和产物的选择性。
6. 现代表面吸附研究的新进展随着实验和理论技术的不断发展，表面吸附研究取得了许多新的进展。
例如，使用原子力显微镜可以直接观察和操控单个分子在固体表面上的吸附行为。
理想溶液吸附理论
理想溶液吸附理论
理想溶液吸附理论是分析多相体系的一种重要理论，它由巴斯利于1961年提出，旨在研究少量溶剂完全溶解有机气体所需要的溶剂容量以及其变化规律。
理想溶液吸附理论指出，当有机气体和溶剂形成多相混合物时，其中气体因气体分压而与溶剂发生络合，从而产生吸附。
理想溶液吸附理论指出，当冷却反应混合物至有机气体的分压以下时，气体将完全溶解于溶剂中，溶剂的容量将达到最大值。
而如果再增加气体的分压，在溶剂的溶解力上限以下，有机气体就会在溶剂表面上吸附。
理想溶液吸附理论用来描述溶剂壳体或固体多相系统，该理论被广泛应用于制作助剂实验。
它也可以用来描述吸附剂对有机气体的吸附作用、水溶剂溶解过程以及非晶软晶体的结构，也可以用来研究复杂的重金属污水处理技术。
理想溶液吸附理论也可以通过分析和模拟来促进实际的生产、操作和管理,克服工艺中的困难，提高运行效率，实现节约能源污染降解。
近年来，它也可以结合分子动力学方法及相平衡理论深入研究离子交换，其结果可以用于更好地计算溶液添加剂的选择以及吸附材料的开发。
总而言之，理想溶液吸附理论在多相体系分析中具有重要作用，及其对溶液化学和固体表面物理学的研究也受到了普遍认可。
加之结合其他组成领域的理论和技术，它的实际应用变得更加广泛，以期达到实际的最优效果。
吸附理论
第一节 吸附过程与吸附剂
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。
物理吸附和化学吸附的区别（见补表10-1）。 注意一点： 同一污染物的吸附量随温度的变化曲线
例10-1图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线
显然，该等温吸附线符合朗氏等温吸附线，从而可用朗 氏方程式描述。 结合曲线横、纵坐标参数，将朗氏方程式变换成下列形 式： A X ( X / P) (1 B)
T T
任取曲线上两点q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 带入上 式，于是有： 解之得：
---------------- 10.1
图10-2 5种类型等温吸附线
XT —吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸 附剂在吸附平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P—吸附质在气相中的分压， pa； K,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关 ，对于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温 度有关，其值需由实验确定，而n≥1。
物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。
（见图10-1 ：吸附过程曲线）
补表10-1 物理吸附和化学吸附的区别
（物） ：一种物理作用，分子间力（范德华力） ； （化） ：一种表面化学反应（化学键力） 。 （物） ：极快，常常瞬间即达平衡； 吸附速率 （化） ：较慢，达平衡需较长时间。 吸附热 （物） ：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol 左右） ； （区别二者 （化） ：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol） 。 的重要标 志） （物） ：没有多大的选择性（可逆） ； 选择性 （化） ：具有较高的选择性（不可逆） 。 （物） ：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附量随 温度上升而上升； 温度的影响 （化） ：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能，吸附 与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物） ：单分子层或双分子层，解析容易，低压多为单分子 吸附层厚度 层随吸附压力增加变为多分子层； （化） ：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。 吸附作用力
吸附及其理论
①大的比表面积，均匀的颗粒尺寸。工业应用的吸附剂如活性炭、分子筛、硅胶等， 都是具有许多细孔巨大内表面积的固体，其比表面积见表 2.1。吸附剂之所以具有巨大 的表面积是因为具有发达的微孔结构。
表 2.1 几种常用吸附剂的比表面积
Table 2.1 Surface area of several common adsorbents
术可行性，在很大程度上取决于吸附剂能否再生。可再生的吸附剂不仅可以重复使用，
而且还减少了对废吸附剂的处理问题。吸附容量不因吸附—脱附运行而明显衰减。再生
后吸附剂残余吸附质少。
④吸附剂应具有大的吸附容量，且水蒸汽吸附容量较低。吸附容量是在一定温度和
一定吸附质浓度下，单位重量或单位体积的吸附剂所能吸附的吸附质的最大量。吸附剂
几种主要吸附剂的物理性质见表 2.2.
表 2.2 几种主要吸附剂的物理性质
Tab.2.2 Physical properties of some adsorbents
真密度 (ρe )(g / cm3) 表观密度 (ρs ) (g / cm3) 填充密度 (γ ) (g / cm3)
空隙率 比表面积(m2/g) 微孔体积(cm2/g)
-12-Βιβλιοθήκη 83.74~418.68KJ·mol-1 [37]。化学吸附的特点是：①化学吸附的吸附热比物理吸附过程大， 与化学反应热接近。②化学吸附有很强的选择性，仅能吸附参与化学反应的某些气体。 ③化学吸附速度受温度影响很大，随温度的升高而显著变快。④化学吸附是单分子层或 单原子层吸附。⑤化学吸附一般是不可逆的，吸附比较稳定，被吸附气体不易脱附。
气固吸附理论
42气固吸附理论气固吸附是界面吸附的一个主要组成部分，它涉及到催化、气体的净化和分离、环境保护等工业过程，具有重要的应用背景。
二十世纪前半期，人们已相继提出了许多吸附等温方程，并从模型入手建立了若干气固吸附理论，使吸附现象得到了定量乃至本质的描述。
本专题旨在介绍几个有影响的气固吸附理论和吸附等温式。
1. Langmuir 单分子层吸附理论1916年，美国物理化学家Langmuir Irving （朗缪尔）根据固体表面原子的力的不饱和性和分子间作用力随距离增大迅速衰减的事实，首先提出了一个单分子层吸附理论，这个理论建立在如下模型的基础上：① 固体表面存在一定数量的活性位site) (active ，它们能够吸附气体分子，但每个活性位只能吸附一个分子，因此，吸附是单分子层的。
② 这些活性位均匀地分布在固体表面上，且每一个活性位具有相同的吸附活性，或者说，无论气体分子吸附在哪个活性位上，释放的热量是一样的。
③ 已吸附的气体分子间不相互作用，换句话说，气体分子的吸附和脱附均与已吸附的周围分子无关。
于是，Langmuir 根据吸附达动态平衡时，吸附速率应等于脱附速率，用动力学方法作了如下推导：设吸附达平衡时，已被吸附的活性位占总活性位的分数为θ，气体的平衡压力为p ，则吸附速率不仅与压力p 成正比，而且也应与裸露的活性位分数θ−1成正比，即)1(θα−=p r a (42-1)式中α为比例系数。
脱附速率则除了与活性位的覆盖分数θ成正比外，还应与已吸附的气体分子中具有逃离活性位所需能量的分子分数成正比。
这个分子分数按Boltzmann 分布定律可表示为RTq kTf qN N //a *a aae e −−==ε (42-2)式中a N 是已吸附的气体分子总数；*a N 是具有逃离活性位所需最低能量a ε的分子数；q 是已吸附分子的配分函数，对于指定的温度和系统，这个定域子的配分函数是一个常数。
它的倒数即f ；k 是Boltzmann 常数；m ads a a H L q Δ−==ε即吸附能或吸附热的绝对值。
吸附理论模型及应用
吸附理论模型及应用摘要：吸附是一种重要的传质过程，吸附技术应用领域及其广泛。
本文对几种主要的吸附理论模型及其应用进行了概述，科学研究中可以根据实际情况进行选择。
关键词：分子吸附吸附模型物理吸附化学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。
吸附主要是因为固体表面分子或原于所处的状态与固体内部分子或原子所处的状态不同，固体内部分子或原子受到邻近四周分子的作用力是对称的，作用力总和为零，但界面处的分子同时受到不相等的两相分子的作用力，因此界面分子所受力是不对称的。
作用力的总和不为零，合力方向指向固体内部，所以表面上的力场是不饱和的，微粒能自发的吸附分子、原于或离子，并在其表面附近形成多分子层或单分子层，其实质是趋向于使表面能降到最低。
吸附现象的作用力主要有三类：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。
物理吸附的作用力是固体表面与气体分子之间，以及已被吸附分子与气体分子间的范德华引力，包括静电力诱导力和色散力。
物理吸附过程不产生化学反应，不发生电子转移、原子重排及化学键的破坏与生成。
由于分子间引力的作用比较弱，使得吸附质分子的结构变化很小。
化学吸附，是指吸附剂与吸附质之间发生化学作用，生成化学键引起的吸附，在吸附过程中不仅有引力，还运用化学键的力，因此吸附能较大，要逐出被吸附的物质需要较高的温度，而且被吸附的物质即使被逐出，也已经产生了化学变化，不再是原来的物质了，一般催化剂都是以这种吸附方式起作用。
离子交换吸附简称离子交换，固体表面通过静电引力吸附带相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
吸附现象普遍存在，研究者对其进行了大量的理论研究，也提出了很多的吸附模型。
许多的研究工作表明，固体表面吸附液体或气体，当达到平衡时，其吸附量q*与温度和液体或气体浓度c有关：温度一定时，吸附量q*与浓度c之间的函数关系称为吸附等温线，即等温情况下的吸附模型。
吸附分离技术与理论
未来发展趋势预测及建议
绿色化发展
多功能化趋势
开发环保型吸附剂和绿色溶剂，减少对环 境的影响。
研发具有多种功能的吸附剂，如同时实现 分离和催化等。
跨学科融合
强化产学研合作
加强与其他学科的交叉融合，如材料科学 、化学工程等，推动吸附分离技术的创新 发展。
加强产学研合作，促进科研成果的转化和 应用，推动吸附分离技术的工业化进程。
物理结构改性
通过改变吸附剂的孔结构、比表面积和孔容等物理性质，来提高吸 附容量和选择性。
复合改性
将两种或多种改性方法结合使用，以综合提高吸附剂的吸附性能和 选择性。
提高吸附剂选择性和效率策略
优化吸附条件
通过调整温度、压力、浓度等吸 附条件，来提高吸附剂对目标物 质的选择性和吸附效率。
引入竞争吸附
在吸附过程中引入与目标物质性 质相似的竞争物质，以提高吸附 剂对目标物质的选择性。
吸附速率常数
反映吸附速率快慢的常数， 与吸附剂的性质、温度等 因素有关。
吸附活化能
表示吸附过程中需要克服 的能垒，与吸附剂和吸附 质之间的相互作用力有关。
影响吸附平衡和动力学因素
温度
温度对吸附平衡和动力学有显著影响， 一般来说，温度升高有利于物理吸附， 降低有利于化学吸附。
压力
对于气体吸附，压力增加有利于吸附 量的增加；对于液体吸附，压力影响 较小。
吸附剂性质
吸附剂的孔径、比表面积、孔容等性 质对吸附平衡和动力学有重要影响。
吸附质性质
吸附质的分子大小、极性、沸点等性 质也会影响其在吸附剂上的吸附行为。
03
吸附剂选择与改性方法
常见吸附剂类型及性能比较
活性炭
具有高比表面积和孔容，适用于吸附非 极性和弱极性物质，如有机溶剂和某些
吸附法
• 立式固定床吸附器方形(立式吸附器.avi) • 卧式固定床吸附器(圆形卧式吸附器.avi) • 移动床吸附器 • 流化床吸附器
适合处理气量大、浓 度低的气体
• 第三部分
吸附法的应用
吸附法的适用范围
• 吸附法主要适用于以下几个方面： • 对于低浓度气体，吸附法的净化效率要比吸收法 高，吸附法常用于浓度低，毒性大的有害气体， 但吸附法处理的气体量不宜过大。 • 用吸附法净化有机溶剂蒸汽，具有较高的效率。 • 当处理的气量较小时，用吸附法灵活方便。
• 吸附理论—吸附速率
外扩散（气流主体 内扩散（外表面 吸附
外表面） 内表面）
脱附
控制步骤：物理吸附过程一般由内外扩散控制；
化学吸附既有表面动力学控制，又有内外扩散控制。
物理吸附和化学吸附
• 根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。
物理吸附和化学吸附
物理吸附和化学吸附
• •
同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学 吸附
吸附理论——吸附平衡
• 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附 量达到极限值 • 极限吸附量受气体压力和温度的影响
• 吸附等温线
NH3在活性炭上的吸附等温线
二、吸附剂及再生
（一）吸附剂 1、工业用吸附剂应具备的条件： ①巨大的内表面和大的孔隙率，外表面很小； ②对不同气体具有选择性的吸附作用； ③吸附容量大； ④具有足够的机械强度、热稳定性、化学稳定性； ⑤来源广泛，价格低廉。
三、影响气体吸附的因素
气体吸附的影响因素
1、操作条件
– 低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附
环境工程原理6. 吸附机理
BET方程(Brumaucr、Emmett、Teller)
该方程是Brunauer、Emmett和Tdler等人基于多分子层吸附模型推导出来的。 BET理论认为吸附过程取决于范德华力。由于这种力的作用，可使吸附质在吸附 剂表面吸附一层以后，再一层一层吸附下去，只不过逐渐减弱而已。 BET吸附模型是在朗格缪尔等温吸附模型基础上建立起来的，BET方程是等温多 分子层的吸附模型，其假定条件为： a. 吸附剂表面为多分子层吸附； b. 被吸附组分之间没有相互作用力，吸附的分子可以累叠，而每层的吸附服从朗 格缪尔吸附模型； c. 第一层吸附释放的热量为物理吸附热，第二层以上吸附释放的热量为液化热； d. 总吸附量为各层吸附量的总和。
按吸附剂再生方法分类
吸附过程还可以根据吸附剂的再生方法分为变温吸附 (tempera1ure swing adsorption，TSA)和变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)。在TSA循环中，吸附剂主要靠加热法得到再 生。一般加热是借助预热清洗气体来实现，每个加热一冷却循 环通常需要数小时乃至数十小时。因此，TSA几乎专门用于处 理量较小的物料的分离。 PSA循环过程是通过改变系统的压力来实现的。系统加压 时，吸附质被吸附剂吸附，系统降低压力，则吸附剂发生解吸， 再通过惰性气体的清洗，吸附剂得到再生。由于压力的改变可 以在极短时间内完成，所以PSA循环过程通常只需要数分钟乃 至数秒钟。PSA循环过程被广泛用于大通量气体混合物的分离。
设吸附剂表面覆盖率为θ，则θ可以表示为 θ=q/qm 式中：qm——吸附剂表面所有吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，即饱和 吸附量。 气体的脱附速率与汐成正比，可以表示为kdθ，气体的吸附速率与剩余吸附 面积(1—θ) 和气体分压成正比，可以表示为kap(1一θ)。吸附达到平衡时， 吸附速率与脱附速率相等，则 θ/(1-θ)=kap/kd 式中：ka——吸附速率常数； kd——脱附速率常数。
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锦纶活性炭 大
小
小
小
洗脱 难 难 易
粉末活性炭
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锦纶活性炭
活性炭纤维是用炭素纤维活化而制得的一种纤维状吸附剂，可
做成毛毡状、纸片状、布料状、蜂巢状等。活性纤维的外表面积比 颗粒活性炭大，吸附和解吸速度比颗粒状活性炭大，且阻力小，容 易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。
球形炭化树脂是采用球形大孔吸附树脂为原料，经炭化、高温
酸性 中性吸附 碱性洗脱 （5）温度 未平衡前 随温度升高而增加
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活性碳净水处理
❖ 活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除， 其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去 除一般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离 子，如：Sb, As, Bi, Cr及Sn等。活性碳的选择依处理的水別及目的其也 各不相同。
在蛋白质分离中特别重要；
③ 可直接从发酵液中分离所需
的产物，成为发酵与分离的 缺点：
耦合过程，从而可消除某些 产物对微生物的抑制作用； ④ 溶质和吸附剂之间的相互作
✓选择性差 ✓收率低
用及吸附平衡关系通常是非
✓无机吸附剂性能不稳定
线性关系，故设计比较复杂
✓不能连续操作，劳动强度大
，实验的工作量较大。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
5
吸附法的特点：
优点：
① 常用于从稀溶液中将溶质分 离出来，由于受固体吸附剂 的限制，处理能力较小；
② 对溶质的作用较小，这一点
✓有机溶剂掺入少 ✓ 操作简便，安全，设备简单 ✓ pH变化小，适于稳定性差的物质
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活性炭对物质的吸附规律
❖ 非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有 较强的吸附，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中 的吸附能力。
❖ 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：
（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物 （2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物 （3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物 （4）pH 值的影响 碱性 中性吸附 酸性洗脱
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶等。
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吸附剂通常应具备以下特征：
（1）较高的选择性以达到一定的分离要求； （2）较大的吸附容量以减小用量； （3）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附； （4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待
处理流体以保证吸附剂的数量和性质； （5）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀； （6）较好的流动性以便于装卸； （7）较高的抗污染能力以延长使用寿命； （8）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应； （9）易再生； （10）价格便宜。
定义：吸附是利用吸附剂对液
体或气体中某一组分具有选 择性吸附的能力，使其富集 在吸附剂表面，再用适当的 洗脱剂将其解吸达到分离纯 化的过程。液相(气相)→固相
——吸附剂、吸附物
应用：广泛应用于原料脱色、
脱臭，目标产物提取、浓缩 和粗分离
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
4
❖ 吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、 吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附 质解吸回收等四个过程。
分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。
所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性
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炭的孔径分布来选择合适的活性炭。
2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭
吸附能力为粉末活性炭＞颗粒活性炭＞锦纶活性 炭
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量
粉末活性炭 小
大
大
大
颗粒活性炭 较小 较大 较小 较小
裂解及活化制成的吸附剂。与其他形状活性炭相比，球形炭化树脂 不易掉屑而污染被处理物系，且可与被处理气体或液体均匀接触， 气体和液体通过球形吸附剂床层时的阻力小。通过控制聚合条件， 改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。
炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（2～10Å）和更窄
的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N2。
（1） 饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂 及农药等之去除
（2） 工业及产业用水之处理 （3） 家庭废水之处理及再利用 （4） 工业及产业废水之处理及再利用 （5） 垃圾渗出水处理
✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
6
吸附机理
固体的表面性质——固体表面分子（或原子）所处的状
态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同
界面
固体表面分子(或原
子)处于特殊的状态。
固体内部分子所受的
力是对称的，故彼此
处于平衡。但在界面
分子的力场是不饱和
的，即存在一种固体
的表面力，它能从外
界吸附分子、原子、
或离子，并在吸附表
第一讲 吸附理论
1
吸附现象
A rain – damp(吸湿)
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
2
内容提要：
❖ 1.吸附的一般过程。 ❖ 2.吸附的类型及主要特点。 ❖ 3.吸附平衡理论概述。 ❖ 4.吸附过程及工艺计算。 ❖ 5.亲和吸附剂的选择原则。 ❖ 6.离子交换树脂的分类及作用机理。
3
1 基本概念
面上形成多分子层或
单分子层。
7
吸附类型与特性
1. 物理吸附 2. 化学吸附 3. 交换吸附
极性吸附 离子交换吸附
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实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下
吸附性能 作用力
选择性 吸附层
物理吸附
分子引力（范德华力）
没有选择性 单分子或多分子吸附层
化学吸附
剩余化学键力
有选择性 只能形成单分子吸附层
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活性炭
1）组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800℃）碳
化而成的多孔网状结构
制造过程示意图
炭化 →破碎、造粒
原料
捏合成型→炭化
活化→洗涤→
→干燥→筛分
粉状碳成品 粒状碳成品
活化：把
碳渣造成发 达的多孔结 构
主要有两 种方法：（1） 气体法；
（2）药剂 法。
一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或
吸附热 吸附速度
温度 可逆性
较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能
较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
放热过程，低温有利于吸附
温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
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2 吸附分离介质
多孔型：活性炭、硅胶、 硅藻土；大网格吸附 剂：有机高分子材料， 如聚苯乙烯，聚酯。