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1、第一章第一章 吸附及吸附过程吸附及吸附过程1.1.1 1 吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附势能曲线吸附势能曲线吸附势能曲线吸附势能曲线，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡吸附量。吸附量。吸附量。吸附量。1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学气体气体气体气体吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附
2、等温方程，吸吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热及其测定。附热及其测定。附热及其测定。附热及其测定。1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学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。吸附传质区、吸附前沿。吸附传质区、吸附前沿。吸附传质区、吸附前沿。1 1吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用1.1
3、1.1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡n n吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附（吸附（吸附（吸附（adsorptionadsorption）一种物质的分子、原子或离子能自）一种物质的分子、原子或离子能自）一种物质的分子、原子或离子能自）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：在随意两相间的动地附着在某固体表面上的现象。或：在随意两相间的动地附着在某固体表面上的现象。或：在随意两相间的动地附着在某固体表面上的现象。或：在随意两相间的界面层，某物质的浓度能自动地发生变更的现象，皆称界面层，某
4、物质的浓度能自动地发生变更的现象，皆称界面层，某物质的浓度能自动地发生变更的现象，皆称界面层，某物质的浓度能自动地发生变更的现象，皆称为吸附。为吸附。为吸附。为吸附。吸附吸附吸附吸附(adsorption)-(adsorption)-当两相组成一个体系时，其组成在当两相组成一个体系时，其组成在当两相组成一个体系时，其组成在当两相组成一个体系时，其组成在两相界面两相界面两相界面两相界面(Interface)(Interface)与相内部是不同的，处在两相界面与相内部是不同的，处在两相界面与相内部是不同的，处在两相界面与相内部是不同的，处在两相界面处的成分产生了积蓄处的成分产生了积蓄处的成分产生了
5、积蓄处的成分产生了积蓄(浓缩浓缩浓缩浓缩)。这种现象称为吸附。这种现象称为吸附。这种现象称为吸附。这种现象称为吸附。2 2吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用1.1 1.1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡n n吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附、脱附、吸取、吸着吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂(adsorbent)-(adsorbent)-具有吸附实力的物质。如具有吸附实力的物质。如具有吸附实力的物质。如具有吸附实力的物质。如:活性炭。活性炭。活性炭。活性炭。吸附质吸附质吸附质吸附质(adsorbate)-(adsorb
6、ate)-被吸附的物质。如被吸附的物质。如被吸附的物质。如被吸附的物质。如:溴。溴。溴。溴。脱附脱附脱附脱附(desorption)-(desorption)-已被吸附的原子或分子，返回到液相或已被吸附的原子或分子，返回到液相或已被吸附的原子或分子，返回到液相或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。气相，称之为解吸或脱附。气相，称之为解吸或脱附。气相，称之为解吸或脱附。吸取吸取吸取吸取(absorption)-(absorption)-原于或分子从一个相主体匀整地进入另原于或分子从一个相主体匀整地进入另原于或分子从一个相主体匀整地进入另原于或分子从一个相主体匀整地进入另一个
7、相的内部一个相的内部一个相的内部一个相的内部(扩散扩散扩散扩散)，称为吸取。它与吸附是不同的。，称为吸取。它与吸附是不同的。，称为吸取。它与吸附是不同的。，称为吸取。它与吸附是不同的。吸着吸着吸着吸着(sorption)-(sorption)-当吸附与吸取同时进行时称为吸着。当吸附与吸取同时进行时称为吸着。当吸附与吸取同时进行时称为吸着。当吸附与吸取同时进行时称为吸着。3 3吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用n n固固固固体体体体表表表表面面面面上上上上的的的的原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子与与与与液液液液体体体体一一一一样样样样，受受受受力力力力也也也也是是是
8、是不不不不匀匀匀匀整整整整的的的的，而而而而且且且且不不不不像像像像液液液液体体体体表表表表面面面面分分分分子子子子可以移动。通常它们是定位的。可以移动。通常它们是定位的。可以移动。通常它们是定位的。可以移动。通常它们是定位的。1.1 1.1 1.1 1.1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡n n 固固固固体体体体表表表表面面面面是是是是不不不不匀匀匀匀整整整整的的的的，即即即即使使使使从从从从宏宏宏宏观观观观上上上上看看看看似似似似乎乎乎乎很很很很光光光光滑滑滑滑，但但但但从从从从原原原原子子子子水水水水平平平平上上上上看看看看是是是是凹凹凹凹凸凸凸凸不不不不平平平平
9、的。的。的。的。由由由由于于于于固固固固体体体体表表表表面面面面原原原原子子子子受受受受力力力力不不不不对对对对称称称称和和和和表表表表面面面面结结结结构构构构不不不不匀匀匀匀整整整整性性性性，它它它它可可可可以以以以吸吸吸吸附附附附气气气气体体体体或或或或液液液液体体体体分分分分子子子子，使使使使表表表表面面面面自自自自由由由由能能能能下下下下降降降降。而而而而且且且且不不不不同同同同的的的的部部部部位位位位吸吸吸吸附附附附和和和和催催催催化化化化的的的的活活活活性性性性不同。不同。不同。不同。(1)(1)(1)(1)形成吸附缘由形成吸附缘由形成吸附缘由形成吸附缘由4 4吸附材料及吸附材料及
10、吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（1 1 1 1）形成吸附缘由）形成吸附缘由）形成吸附缘由）形成吸附缘由受力不匀整受力不匀整受力不匀整受力不匀整不平衡力场得到某种程度的补偿不平衡力场得到某种程度的补偿不平衡力场得到某种程度的补偿不平衡力场得到某种程度的补偿固体表面上的原子或固体表面上的原子或固体表面上的原子或固体表面上的原子或分子，不行移动。分子，不行移动。分子，不行移动。分子，不行移动。四周介质中其它的物质粒子四周介质中其它的物质粒子四周介质中其它的物质粒子四周介质中其它的物质粒子1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡固体表面层物质受到指
11、向内部的拉力，这种不平衡力场的存在导致表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。面吉布斯函数的产生。面吉布斯函数的产生。面吉布斯函数的产生。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，从四周介质捕获其它的物质粒子，使其不平衡力场得到某种程
12、余力，从四周介质捕获其它的物质粒子，使其不平衡力场得到某种程余力，从四周介质捕获其它的物质粒子，使其不平衡力场得到某种程余力，从四周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。度的补偿，致使表面吉布斯函数的降低。度的补偿，致使表面吉布斯函数的降低。度的补偿，致使表面吉布斯函数的降低。5 5吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（1 1）形成吸附缘由）形成吸附缘由）形成吸附缘由）形成吸附缘由1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡确定确定确定确定T T、p p，被吸附的量随吸附面积的增加而加
13、大。比表面很大的，被吸附的量随吸附面积的增加而加大。比表面很大的，被吸附的量随吸附面积的增加而加大。比表面很大的，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。物质，如粉末状或多孔性物质，往往有良好的吸附性能。物质，如粉末状或多孔性物质，往往有良好的吸附性能。物质，如粉末状或多孔性物质，往往有良好的吸附性能。大多数固体比液体具有更高的表面能。大多数固体比液体具有更高的表面能。大多数固体比液体具有更高的表面能。大多数固体比液体具有更高的表面能。剩余表面能剩余表面能剩余表面能剩余表面能-溶质浓集溶质浓集溶质浓集溶质浓集 6 6吸附材料及吸附材料及吸
14、附材料及吸附材料及应应应应用用用用（2 2 2 2）物理吸附）物理吸附）物理吸附）物理吸附分子间力分子间力分子间力分子间力物理吸附（物理吸附（物理吸附（物理吸附（physical physical adsorption,physisorptionadsorption,physisorption)是是是是吸附剂和吸附质之间通过吸附剂和吸附质之间通过吸附剂和吸附质之间通过吸附剂和吸附质之间通过分子间力分子间力分子间力分子间力（范德华力、氢键作用力）范德华力、氢键作用力）范德华力、氢键作用力）范德华力、氢键作用力）相互吸引相互吸引相互吸引相互吸引,形成的吸附现象。形成的吸附现象。形成的吸附现象。形成
15、的吸附现象。吸附吸附吸附吸附(放放放放)热较小热较小热较小热较小为气体冷凝焓数量级，为气体冷凝焓数量级，为气体冷凝焓数量级，为气体冷凝焓数量级，约约约约42kJ42kJ/molmol或更少。或更少。或更少。或更少。例：例：例：例：298.15K298.15K，HH2 2O(g)O(g)在氧化铝上吸附焓在氧化铝上吸附焓在氧化铝上吸附焓在氧化铝上吸附焓 HHmm=-45kJ/mo145kJ/mo1，水蒸气冷，水蒸气冷，水蒸气冷，水蒸气冷凝焓凝焓凝焓凝焓 HHmm -44kJ/mo144kJ/mo1。多数气体物理吸附焓多数气体物理吸附焓多数气体物理吸附焓多数气体物理吸附焓-HHmm25kJ/mo12
16、5kJ/mo1，不不不不足以导致化学键断裂。足以导致化学键断裂。足以导致化学键断裂。足以导致化学键断裂。没有选择性没有选择性没有选择性没有选择性任何固体可以吸附任何气体，任何固体可以吸附任何气体，任何固体可以吸附任何气体，任何固体可以吸附任何气体，一般一般一般一般易液化易液化易液化易液化的的的的气体气体气体气体易被吸附易被吸附易被吸附易被吸附，但吸附量，但吸附量，但吸附量，但吸附量会有所不同。会有所不同。会有所不同。会有所不同。易解吸易解吸易解吸易解吸(脱附脱附脱附脱附)吸附作用力吸附作用力吸附作用力吸附作用力较弱较弱较弱较弱，解吸解吸解吸解吸(脱附脱附脱附脱附)较较较较易易易易于进行。于进行
17、。于进行。于进行。1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡7 7吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（2 2 2 2）物理吸附）物理吸附）物理吸附）物理吸附单层或多层分子吸附单层或多层分子吸附单层或多层分子吸附单层或多层分子吸附-吸附质在吸附剂表面形成单层或多吸附质在吸附剂表面形成单层或多吸附质在吸附剂表面形成单层或多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层分子吸附时，其吸附热比较低。吸附质分子和吸附剂层分子吸附时，其吸附热比较低。吸附质分子和吸附剂层分子吸附时，其吸附热比较低。吸附质分
18、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表面分子之间的吸附机理，与气体的液化和蒸汽的冷凝表面分子之间的吸附机理，与气体的液化和蒸汽的冷凝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。时的机理类似。时的机理类似。时的机理类似。物理吸附过程是可逆的，几乎不须要活化能物理吸附过程是可逆的，几乎不须要活化能物理吸附过程是可逆的，几乎不须要活化能物理吸附过程是可逆的，几乎不须要活化能(即使须要也即使须要也即使须要也即使须要也很小很小很小很小)，吸附和解吸的速度都很快，易达平衡。，吸附和解吸的速度都很快，易达平衡。，吸附和解吸的速度都很快，易达平衡。，吸附和解吸的速度都很
19、快，易达平衡。吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡n n总之：物理吸附仅仅是一种总之：物理吸附仅仅是一种总之：物理吸附仅仅是一种总之：物理吸附仅仅是一种物理作用物理作用物理作用物理作用，没有没有没有没有电子转移电子转移电子转移电子转移，没，没，没，没有有有有化学键化学键化学键化学键的的的的生成生成生成生成与破坏，也没有与破坏，也没有与破坏，也没有与破坏，也没有原子重排原子重排原子重排原子重排等。等。等。等。8
20、 8吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（3 3 3 3）化学吸附）化学吸附）化学吸附）化学吸附作用力作用力作用力作用力是是是是化学键力化学键力化学键力化学键力-化学吸附（化学吸附（化学吸附（化学吸附（chemical adsorption,chemical adsorption,chemisorptionchemisorption )被吸附的被吸附的被吸附的被吸附的分子分子分子分子和吸附剂表面的和吸附剂表面的和吸附剂表面的和吸附剂表面的原子原子原子原子发生发生发生发生化学化学化学化学作用作用作用作用，在吸附质和吸附剂之间发生了，在吸附质和吸附剂之间发生了，在吸附质和吸附剂
21、之间发生了，在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排电子转移、原子重排电子转移、原子重排电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成或化学键的破坏与生成或化学键的破坏与生成或化学键的破坏与生成等现象。等现象。等现象。等现象。吸附热较大吸附热较大吸附热较大吸附热较大 -化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附的化学吸附的化学吸附的化学吸附的吸附热接近吸附热接近吸附热接近吸附热接近于化学反应的于化学反应的于化学反应的于化学反应的反应热反应热反应热反应热，比物理吸附大得多，一，比物理吸附大得多，一，比物理吸附大得多，一，比
22、物理吸附大得多，一般都般都般都般都在在在在40 kJ/mol400kJ/mol40 kJ/mol400kJ/mol的范围，典型值的范围，典型值的范围，典型值的范围，典型值200kJ/mol200kJ/mol。选择性比较强选择性比较强选择性比较强选择性比较强-固体表面的固体表面的固体表面的固体表面的活性位活性位活性位活性位只吸附与之可发生反应只吸附与之可发生反应只吸附与之可发生反应只吸附与之可发生反应的气体分子，如的气体分子，如的气体分子，如的气体分子，如酸位酸位酸位酸位吸附吸附吸附吸附碱性碱性碱性碱性分子，反之亦然。分子，反之亦然。分子，反之亦然。分子，反之亦然。1.1.1.1.1 1 1 1
23、 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡9 9吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（3 3 3 3）化学吸附）化学吸附）化学吸附）化学吸附化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。吸附须要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸附吸附须要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸附吸附须要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸附吸附须要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸附平衡。温度上升，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发平衡
24、。温度上升，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发平衡。温度上升，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发平衡。温度上升，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发生明显的化学吸附生明显的化学吸附生明显的化学吸附生明显的化学吸附.吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小，随被吸附分子吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小，随被吸附分子吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小，随被吸附分子吸附是单分子层的。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。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。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。和吸附剂表面原子间形
25、成吸附化学键力大小的不同而有差异。表面化学性质和被吸附分子化学性质影响大表面化学性质和被吸附分子化学性质影响大表面化学性质和被吸附分子化学性质影响大表面化学性质和被吸附分子化学性质影响大!1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡n n总之：化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子发生总之：化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子发生总之：化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子发生总之：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、紫外了化学反应，在红外、紫外了化学反应，在红外、紫外了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的
26、特征吸可见光谱中会出现新的特征吸可见光谱中会出现新的特征吸可见光谱中会出现新的特征吸取谱带。取谱带。取谱带。取谱带。1010吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较 物理吸附物理吸附物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力吸附力吸附力 范德华力范德华力范德华力范德华力 化学键力化学键力化学键力化学键力吸附热吸附热吸附热吸附热 较小较小较小较小(液化热液化热液化热液化热)较大较大较大较大选择性选择性选择性选择性 无选择性无选择性无选择性无选择性 有选择性有选择性有
27、选择性有选择性稳定性稳定性稳定性稳定性 不稳定不稳定不稳定不稳定,易解吸易解吸易解吸易解吸 稳定稳定稳定稳定分子层分子层分子层分子层 单分子层或多分子层单分子层或多分子层单分子层或多分子层单分子层或多分子层 单分子层单分子层单分子层单分子层吸附速率吸附速率吸附速率吸附速率 较快较快较快较快 较慢较慢较慢较慢 受温度影响小受温度影响小受温度影响小受温度影响小 受温度影响大受温度影响大受温度影响大受温度影响大 受受受受吸附剂的吸附剂的吸附剂的吸附剂的比表面积比表面积比表面积比表面积 受受受受表面化学性质表面化学性质表面化学性质表面化学性质和和和和 和和和和细孔分布细孔分布细孔分布细孔分布影响大影响
28、大影响大影响大 化学性质影响大化学性质影响大化学性质影响大化学性质影响大!1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡1111吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用 S+G SGadsorption desorption（4 4）吸附平衡）吸附平衡）吸附平衡）吸附平衡 随着吸附质在吸附剂表面数量的增加解吸速度渐渐加快，随着吸附质在吸附剂表面数量的增加解吸速度渐渐加快，随着吸附质在吸附剂表面数量的增加解吸速度渐渐加快，随着吸附质在吸附剂表面数量的增加解吸速度渐渐加快，当吸附速度和解吸速度相当，即在宏观上当吸附量不再接当吸附速度和解吸速
29、度相当，即在宏观上当吸附量不再接当吸附速度和解吸速度相当，即在宏观上当吸附量不再接当吸附速度和解吸速度相当，即在宏观上当吸附量不再接着增加时，就达到了吸附平衡。着增加时，就达到了吸附平衡。着增加时，就达到了吸附平衡。着增加时，就达到了吸附平衡。1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡1212吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用（5 5）平衡吸附量）平衡吸附量）平衡吸附量）平衡吸附量 n n达到吸附平衡时吸附剂对吸附质的吸附量称为达到吸附平衡时吸附剂对吸附质的吸附量称为达到吸附平衡时吸附剂对吸附质的吸附量称为达到吸附平衡时吸附剂
30、对吸附质的吸附量称为平衡吸附量平衡吸附量平衡吸附量平衡吸附量。平衡吸附量的平衡吸附量的平衡吸附量的平衡吸附量的大小大小大小大小与与与与吸附剂的物化吸附剂的物化吸附剂的物化吸附剂的物化性能性能性能性能比表面积、孔比表面积、孔比表面积、孔比表面积、孔结构、粒度、化学成分结构、粒度、化学成分结构、粒度、化学成分结构、粒度、化学成分等有关，也与等有关，也与等有关，也与等有关，也与吸附质吸附质吸附质吸附质的的的的物化性能、压物化性能、压物化性能、压物化性能、压力力力力(或浓度或浓度或浓度或浓度)、吸附温度、吸附温度、吸附温度、吸附温度等因素有关。等因素有关。等因素有关。等因素有关。n n 吸附量吸附量吸
31、附量吸附量(amount adsorbed,amount adsorbed,guantilyguantily of substance of substance adsorbedadsorbed）单位质量的吸附剂所吸附气体物质的单位质量的吸附剂所吸附气体物质的单位质量的吸附剂所吸附气体物质的单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量量量量。q q（mol/gmol/g或或或或g/gg/g)单位质量的吸附剂所吸附气体的单位质量的吸附剂所吸附气体的单位质量的吸附剂所吸附气体的单位质量的吸附剂所吸附气体的体积体积体积体积。q q(m(m3 3/g)/g)体积要换算成标准状况体积要换算成标准状况体积要换算成标
32、准状况体积要换算成标准状况(STP-0(STP-0，1atm)!1atm)!1.1.1.1.1 1 1 1 吸附及吸附及吸附及吸附及吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡1313吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用1.2 吸附热力学吸附热力学（1 1）吸附等温线）吸附等温线）吸附等温线）吸附等温线n n吸附热力学主要探讨吸附过程所能达到的程度问题，吸附热力学主要探讨吸附过程所能达到的程度问题，吸附热力学主要探讨吸附过程所能达到的程度问题，吸附热力学主要探讨吸附过程所能达到的程度问题，n n通过对吸附剂上吸附质在各种条件下吸附量的探讨，得到通过对吸附剂上吸附质在各种条件下吸附量的探
33、讨，得到通过对吸附剂上吸附质在各种条件下吸附量的探讨，得到通过对吸附剂上吸附质在各种条件下吸附量的探讨，得到各种热力学数据。各种热力学数据。各种热力学数据。各种热力学数据。取温度恒定，单位重量吸附剂的吸附量取温度恒定，单位重量吸附剂的吸附量取温度恒定，单位重量吸附剂的吸附量取温度恒定，单位重量吸附剂的吸附量q q和气相中组分的分和气相中组分的分和气相中组分的分和气相中组分的分压压压压P P（单位容积液相中溶质的浓度分子数（单位容积液相中溶质的浓度分子数（单位容积液相中溶质的浓度分子数（单位容积液相中溶质的浓度分子数C C）的平衡关系，用）的平衡关系，用）的平衡关系，用）的平衡关系，用吸附等温线
34、吸附等温线吸附等温线吸附等温线(Adsorption isotherm)(Adsorption isotherm)表示。表示。表示。表示。吸附剂的表面是不匀整的，被吸附的分子和吸附剂表面分吸附剂的表面是不匀整的，被吸附的分子和吸附剂表面分吸附剂的表面是不匀整的，被吸附的分子和吸附剂表面分吸附剂的表面是不匀整的，被吸附的分子和吸附剂表面分子之间，被吸附的各分子之间的作用力各不相等，吸附等温子之间，被吸附的各分子之间的作用力各不相等，吸附等温子之间，被吸附的各分子之间的作用力各不相等，吸附等温子之间，被吸附的各分子之间的作用力各不相等，吸附等温线的形态也不相同。线的形态也不相同。线的形态也不相同。
35、线的形态也不相同。1414吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用1)1)气体吸附等温线气体吸附等温线气体吸附等温线气体吸附等温线对于确定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸对于确定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸对于确定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸对于确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：附量是温度和吸附质压力的函数，即：附量是温度和吸附质压力的函数，即：附量是温度和吸附质压力的函数，即：通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，通常固定一个变量，求出另外
36、两个变量之间的关系，通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：例如：例如：例如：(a a)T T=常数，常数，常数，常数，q q=f f(p p)，吸附，吸附，吸附，吸附等温线等温线等温线等温线。(b b)P P=常数，常数，常数，常数，q q=f f(T T)，吸附，吸附，吸附，吸附等压线等压线等压线等压线。(c c)q q=常数，常数，常数，常数，p p=f f(T T)，吸附，吸附，吸附，吸附等量线等量线等量线等量线。1.2 1.2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学n n探讨吸附等温线可以得到吸附剂、吸附质的性质以及它们之探讨吸附等温线可以得到吸附剂、吸
37、附质的性质以及它们之探讨吸附等温线可以得到吸附剂、吸附质的性质以及它们之探讨吸附等温线可以得到吸附剂、吸附质的性质以及它们之间相互作用的信息。间相互作用的信息。间相互作用的信息。间相互作用的信息。n n吸附等温线是各类吸附曲线中最重要的，各种吸附理论往往吸附等温线是各类吸附曲线中最重要的，各种吸附理论往往吸附等温线是各类吸附曲线中最重要的，各种吸附理论往往吸附等温线是各类吸附曲线中最重要的，各种吸附理论往往是以其能否给出定量描述一种或几种类型吸附等温线来评价。是以其能否给出定量描述一种或几种类型吸附等温线来评价。是以其能否给出定量描述一种或几种类型吸附等温线来评价。是以其能否给出定量描述一种或
38、几种类型吸附等温线来评价。1515吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用吸附等温线类型吸附等温线类型吸附等温线类型吸附等温线类型n nBrunauerBrunauer、L.DemngL.Demng、W.DemngW.Demng和和和和TellerTeller依据大量气体吸附等温线的试依据大量气体吸附等温线的试依据大量气体吸附等温线的试依据大量气体吸附等温线的试验结果，将单一组分气体物理吸附等温线分为五中基本类型（如下图），验结果，将单一组分气体物理吸附等温线分为五中基本类型（如下图），验结果，将单一组分气体物理吸附等温线分为五中基本类型（如下图），验结果，将单一组分气体物理吸
39、附等温线分为五中基本类型（如下图），这种分类法已被公认这种分类法已被公认这种分类法已被公认这种分类法已被公认BDDTBDDT分类，后来，分类，后来，分类，后来，分类，后来，Sing Sing又增加了一个阶梯型等温又增加了一个阶梯型等温又增加了一个阶梯型等温又增加了一个阶梯型等温线，如右图中的线，如右图中的线，如右图中的线，如右图中的。纵坐标为吸附量，横纵坐标为吸附量，横纵坐标为吸附量，横纵坐标为吸附量，横坐标为相对压力坐标为相对压力坐标为相对压力坐标为相对压力p/pp/p0 0 ，p p为气体吸附平衡压力，为气体吸附平衡压力，为气体吸附平衡压力，为气体吸附平衡压力，p p0 0是气体在吸附温度
40、时是气体在吸附温度时是气体在吸附温度时是气体在吸附温度时的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压，1.2 1.2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学现在通常把等温线分现在通常把等温线分现在通常把等温线分现在通常把等温线分为为为为六六六六类。实际的各种吸类。实际的各种吸类。实际的各种吸类。实际的各种吸附等温线大多是这六类附等温线大多是这六类附等温线大多是这六类附等温线大多是这六类等温线的等温线的等温线的等温线的不同组合不同组合不同组合不同组合。1616吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用 吸附等温线类型吸附等温线类型n n从从从从吸附等温线吸附等
41、温线吸附等温线吸附等温线可以反映出吸附剂的可以反映出吸附剂的可以反映出吸附剂的可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布表面性质、孔分布表面性质、孔分布表面性质、孔分布以及吸附剂与吸以及吸附剂与吸以及吸附剂与吸以及吸附剂与吸附质之间的附质之间的附质之间的附质之间的相互作用相互作用相互作用相互作用等有关信息。等有关信息。等有关信息。等有关信息。1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学型型型型 I-AI-A型型型型称为兰缪尔型吸附等温线，可用单分子层吸附来说明。称为兰缪尔型吸附等温线，可用单分子层吸附来说明。称为兰缪尔型吸附等温线，可用单分子层吸附来说明。称为兰缪尔型吸附等温线，可用单分子
42、层吸附来说明。在在在在2.5nm2.5nm以下微以下微以下微以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。P/PP/P0 0q q-A-A-A-AA A A A当吸附剂仅有当吸附剂仅有当吸附剂仅有当吸附剂仅有23 nm23 nm以下的微孔时，虽以下的微孔时，虽以下的微孔时，虽以下的微孔时，虽然发生了多层吸附和毛细凝合现象，而一然发生了多层吸附和毛细凝合现象，而一然发生了多层吸附和毛细凝合现象，而一然发生了多层吸附和毛细凝合现象，而一旦将全部的孔填满后，吸附量便不再随比旦将全部的孔填满后，吸附
43、量便不再随比旦将全部的孔填满后，吸附量便不再随比旦将全部的孔填满后，吸附量便不再随比压而增加，呈现出饱和吸附。相当于在吸压而增加，呈现出饱和吸附。相当于在吸压而增加，呈现出饱和吸附。相当于在吸压而增加，呈现出饱和吸附。相当于在吸附剂表面上只形成单分子层。附剂表面上只形成单分子层。附剂表面上只形成单分子层。附剂表面上只形成单分子层。吸附等温线吸附等温线吸附等温线吸附等温线1717吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用 吸附等温线类型吸附等温线类型1.2 1.2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学型型型型 I-BI-B型型型型固体吸附剂具有超微孔固体吸附剂具
44、有超微孔固体吸附剂具有超微孔固体吸附剂具有超微孔(0.52.0nm)(0.52.0nm)和极微孔和极微孔和极微孔和极微孔(1.5nm)(p pg g 凹液面凹液面凹液面凹液面:p pl l 0 0 p p=p pl lp pg g 0 0,0,p p 0 0。凹液面。凹液面。凹液面。凹液面r r 0,0,pp0 0。对于吹起的一个气泡：对于吹起的一个气泡：对于吹起的一个气泡：对于吹起的一个气泡：p p=4 =4 /r r 比如肥皂泡：比如肥皂泡：比如肥皂泡：比如肥皂泡：3636吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用 吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明pppppphr1.2 1.
45、2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学n弯曲液面的附加压力的产生弯曲液面的附加压力的产生p=2/r=gh h=2/gr p=2/r=gh h=2/gr 这里默认这里默认这里默认这里默认=0=0，（水与玻璃特别亲和），（水与玻璃特别亲和），（水与玻璃特别亲和），（水与玻璃特别亲和）若若若若 不为不为不为不为 0 0，很明显：，很明显：，很明显：，很明显：h=2cos/grh=2cos/gr留留留留意意意意：以以以以上上上上推推推推导导导导和和和和结结结结果果果果对对对对液液液液面面面面在在在在毛毛毛毛细细细细管管管管中中中中下降仍旧适用。下降仍旧适用。下降仍旧适用。下降仍旧
46、适用。3737吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用 Kelvin(Kelvin(开尔文开尔文开尔文开尔文)公式公式公式公式1.2 1.2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学 吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明n nKelvin(Kelvin(开尔文开尔文开尔文开尔文)认为液体的饱和蒸气压与弯液面的曲率有关。认为液体的饱和蒸气压与弯液面的曲率有关。认为液体的饱和蒸气压与弯液面的曲率有关。认为液体的饱和蒸气压与弯液面的曲率有关。n n半径为半径为半径为半径为 的的的的液滴的饱和蒸气压液滴的饱和蒸气压液滴的饱和蒸气压液滴的饱和蒸
47、气压p p与与与与平液面的饱和蒸气压平液面的饱和蒸气压平液面的饱和蒸气压平液面的饱和蒸气压p p0 0的关系：的关系：的关系：的关系：VmVm是液体的摩尔体积（是液体的摩尔体积（是液体的摩尔体积（是液体的摩尔体积（molar volumemolar volume）;是液体的表面张力（是液体的表面张力（是液体的表面张力（是液体的表面张力（surface tensionsurface tension）;R R是气体常数；是气体常数；是气体常数；是气体常数；T T是确定温度。是确定温度。是确定温度。是确定温度。毛细管内或细孔内的液体表面为曲面（右图），毛细管内或细孔内的液体表面为曲面（右图），毛细管
48、内或细孔内的液体表面为曲面（右图），毛细管内或细孔内的液体表面为曲面（右图），曲面的平衡蒸汽压与平液面的蒸汽压不同。曲面的平衡蒸汽压与平液面的蒸汽压不同。曲面的平衡蒸汽压与平液面的蒸汽压不同。曲面的平衡蒸汽压与平液面的蒸汽压不同。设毛细管的半径为设毛细管的半径为设毛细管的半径为设毛细管的半径为r r，液体与毛细管壁的接触角，液体与毛细管壁的接触角，液体与毛细管壁的接触角，液体与毛细管壁的接触角为为为为，弯月液面的曲率半径，弯月液面的曲率半径，弯月液面的曲率半径，弯月液面的曲率半径=r/COSr/COS，把该式代人，把该式代人，把该式代人，把该式代人到上式得到上式得到上式得到上式得Kelvin(
49、Kelvin(开尔文开尔文开尔文开尔文)公式。公式。公式。公式。Ln(p/p0)=2Vm/RT3838吸附材料及吸附材料及吸附材料及吸附材料及应应应应用用用用dr0rK Kelvin(Kelvin(开尔文开尔文开尔文开尔文)公式公式公式公式1.2 1.2 1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学 吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明吸附滞后现象说明P-P-是细孔内液体的饱和蒸气压，是细孔内液体的饱和蒸气压，是细孔内液体的饱和蒸气压，是细孔内液体的饱和蒸气压，P0-P0-是液面为平面时的饱和蒸气压，是液面为平面时的饱和蒸气压，是液面为平面时的饱和蒸气压，是液面为平面时
50、的饱和蒸气压，:液体吸附质的表面张力，液体吸附质的表面张力，液体吸附质的表面张力，液体吸附质的表面张力，:接触角。接触角。接触角。接触角。d:d:孔壁上吸附层的厚度，孔壁上吸附层的厚度，孔壁上吸附层的厚度，孔壁上吸附层的厚度，r0:r0:吸附剂孔径，吸附剂孔径，吸附剂孔径，吸附剂孔径，rK:rK:毛细凝合的孔径毛细凝合的孔径毛细凝合的孔径毛细凝合的孔径,rK=r0-2d,rK=r0-2d 发生凝合的有效孔半径比实际孔半径减小一个单分于吸附层的厚度。发生凝合的有效孔半径比实际孔半径减小一个单分于吸附层的厚度。发生凝合的有效孔半径比实际孔半径减小一个单分于吸附层的厚度。发生凝合的有效孔半径比实际孔