吸附基本概念

1、第一讲第一讲 吸附基本概念吸附基本概念1.1.1 1.1.1 发展历史发展历史 吸附剂及其应用的发展：吸附剂及其应用的发展： 1773年，木炭吸附气体， 沸石分子筛的发现及应用 新型有序介孔材料。 吸附理论的发展：吸附理论的发展： 1917年， Langmuir方程； BET方程、 Kelvin方程、 DA方程等。1.1.2 1.1.2 基本概念基本概念 吸附吸附吸附（吸附（adsorptionadsorption）是指在固相气相、固相液相、固相固相、液相气相、液相液相等体系中，某个相的物质密度或溶于该相中的溶质浓度在界面上发生改变（与本体相不同）的现象。 Gibbs surface Surf

2、ace of the solidAdsorptionspacezGasphaseSolid phase, Vs l吸附剂（吸附剂（AdsorbentAdsorbent）具有吸附作用的物质。l吸附质（吸附质（adsorbateadsorbate）被吸附的物质。 吸附剂与吸附质吸附剂与吸附质1.1.2 基本概念基本概念 吸附等温线（吸附等温线（adsorption isothermadsorption isotherm）温度一定时，吸附量与压力（气相）或浓度（液相）的关系。 吸附等压线（吸附等压线（adsorption isobaradsorption isobar）压力一定时，吸附量与温度的关系

3、。 吸附定量线（吸附定量线（adsorption isostereadsorption isostere）吸附量一定时，压力与温度的关系。 吸附质离开界面引起吸附量减少的现象称为脱附（脱附（desorptiondesorption）。 理想表面理想表面非理想表面非理想表面 固体表面固体表面MCM-41 MCM-41 有序介孔材料的透射电镜图（有序介孔材料的透射电镜图（TEMTEM） 活性炭的活性炭的TEMTEM图（椰壳基和石油焦基）图（椰壳基和石油焦基） 孔孔IUPAC 分类：微孔微孔（microporemicropore）: 2.0nm: 50nm(macropore) : 50nm 1.6

4、 1.6 密度密度 真密度真密度：质量除以不包括孔容积（但包括闭孔孔容）在内的体积得到的密度。 表观密度表观密度：质量处以包括孔容积在内的体积得到的密度。 容积密度容积密度（堆密度）：（堆密度）：质量处以包含粉末粒子间隙的体积得到的密度。 VadTadVtTrefCprefpadVref真密度测量真密度测量参考文献l1、F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing, Adsorption by powders and porous solids, Academic Press, 1999l2、 Duong D.Do. Adsorption analysis: equi

5、libria and kinetics. Imperial College Press, 1998 l3、J. Toth. Adsorption theory, modeling, and analysis. New York: Marcel Dekker, Inc, 2002, 175l叶振华，化工吸附分离工程，1992lR.T.Yang, 吸附法气体分离，1991l严继民，吸附与凝聚，1986l色散力色散力l偶极子作用偶极子作用l四极子作用四极子作用1.2 吸附作用范德华力（范德华力（van der waals ）l静电力静电力l氢键氢键l表面修饰表面修饰势能曲线势能曲线U(r)U(r)

6、LenardLenardJonesJones公式公式126)(brarrU色散力色散力2.2 2.2 偶极子相互作用偶极子相互作用色散力色散力 偶极子作用偶极子作用 四极子作用四极子作用 r-32.3 2.3 四极子相互作用四极子相互作用在吸附质和吸附剂之间或吸附剂相互之间也产生静电引力或斥力静电引力或斥力。当固体表面有酸性位或碱性位时，表面就带正电荷或负电。这种表面在溶液中就会发生离离子交换子交换。 静电力静电力 氢键氢键 羟基-OH、羧基-COOH、磺酸基-SO3H、氨基-NH2 等官能团 HO、S、N、F、Cl氢键作用力是范德华力的氢键作用力是范德华力的5-105-10倍。倍。表面修饰表

7、面修饰0.00.20.40.60.81.005101520253035 n/mmolg-1p/p0 BY-2-NH3H2O BY-2-HF BY-2 BY-2-HNO3 BY-2-H3PO4活性炭活性炭BY-2BY-2化学改性后的表面性质和储氢容量化学改性后的表面性质和储氢容量BETS样 品BY-2BY-2-HNO3BY-2-H3PO4BY-2-NH3H2OBY-2-HFn(mmol/g)a3.483.502.863.613.67(m2/g)19641834179420612001灰分含量(%)3.921.040.983.921.9孔容(cm3/g)0.981.000.921.011.04m(

8、总含氧官能团) mmol/g2.273.462.151.091.59m(-COOH)0.481.351.360.440.89m(-COOR)0.480.170.070.340.02m(酚羟基)1.271.810.700.280.02m(醌型羰基)0.040.130.0230.030.66012345678910 11 12 13 14051015202530Tc=154.58K268K298K253K118K138K158K178K198K218K238K283K313K n/mmol.g-1p/MPa氧气在活性炭上吸附等温线氧气在活性炭上吸附等温线1.3 吸附等温线n=f(T，p)3.1 3.1 吸附等温线的类型吸附等温线的类型 等温线的形状反应了固体表面性等温线的形状反应了固体表面性质、孔结构和气固分子之间的作质、孔结构和气固分子之间的作用力的特性用力的特性。BB吸附量n相对压力p/p0np/p001型等温线型等温线l 化学吸附，单分子层，极限吸附量化学吸附，单分子层，极限吸附量l 微孔吸附剂，孔填充微孔吸附剂，孔填充l 超临界吸附超临界吸附np/p0