吸附平衡及其影响因素

1、吸附平衡及其影响因素吸附平衡及其影响因素Page 2ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学主要内容主要内容吸附平衡吸附平衡1吸附等温线与等温方程吸附等温线与等温方程2吸附影响因素吸附影响因素3Page 3ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附平衡吸附平衡 当吸附质和吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附当吸附质和吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附吸附过程吸附过程 另一方面一部分已被吸附的吸附质由于热运动的结果，能够脱离另一方面一部分已被吸附的吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂的表面，又回到流体相中去吸附剂的

2、表面，又回到流体相中去解吸（脱附）过程。解吸（脱附）过程。2 2、吸附平衡、吸附平衡 当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解吸当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解吸数量时，则吸附质在流体相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时数量时，则吸附质在流体相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到吸附平衡。称为达到吸附平衡。1 1、吸附过程与解吸过程、吸附过程与解吸过程Page 4ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附平衡吸附平衡 吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限，是吸附过程的基本依据。吸附平衡关系决定了吸附过程的

3、方向和极限，是吸附过程的基本依据。 若流体中吸附质浓度高于平衡浓度，则吸附质将被吸附，若流体中吸附质若流体中吸附质浓度高于平衡浓度，则吸附质将被吸附，若流体中吸附质浓度低于平衡浓度，则吸附质将被解吸，最终达吸附平衡，过程停止。浓度低于平衡浓度，则吸附质将被解吸，最终达吸附平衡，过程停止。4 4、吸附过程的方向和极限、吸附过程的方向和极限 单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用q q表示，单位表示，单位mg/g mg/g 或或g/gg/g。 如果用如果用V V表示流体相体积，表示流体相体积，C C0 0和和C C分别表示吸附前后吸附质的浓度，分别

4、表示吸附前后吸附质的浓度，W W表示吸附剂的质量，则：表示吸附剂的质量，则：3 3、吸附容量、吸附容量WCCVq)(0Page 5ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程表示方法表示方法吸附等吸附等温线温线吸附等吸附等压线压线吸附等吸附等温方程温方程 恒温下单位恒温下单位质量吸附剂的吸质量吸附剂的吸附容量附容量QeQe与流体与流体相中吸附质的分相中吸附质的分压压( (或平衡浓度或平衡浓度Ce)Ce)间的关系绘出间的关系绘出的曲线称为吸附的曲线称为吸附等温线。等温线。 表示吸附表示吸附等温线的公式等温线的公式成为吸附

5、等温成为吸附等温方程方程 恒压下的平恒压下的平衡吸附量与温度衡吸附量与温度的关系称之为吸的关系称之为吸附等压线附等压线Page 6ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程1 1、吸附等温线、吸附等温线吸附等温线形式可归纳为六种基本类型吸附等温线形式可归纳为六种基本类型Page 7ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程2 2、吸附等温线特点、吸附等温线特点 低压下组分吸附量随低压下组分吸附量随组分压力的增加迅速增加组分压力的增加迅速增加

6、。当组分压力增加到一定。当组分压力增加到一定值后，吸附量随压力变化值后，吸附量随压力变化很小很小 表示非多孔性固体表表示非多孔性固体表面发生多分子层吸附，它面发生多分子层吸附，它代表在多相基质上不受限代表在多相基质上不受限制的多层吸附制的多层吸附吸附剂与吸附质互相作用吸附剂与吸附质互相作用较弱、固体和吸附质之间较弱、固体和吸附质之间的相互作用小于吸附质之的相互作用小于吸附质之间的相互作用时的情况间的相互作用时的情况Page 8ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 具有明显的滞后回线具有明显的滞后回线，一般解释为

7、是因为吸附，一般解释为是因为吸附中的毛细管现象，使凝聚中的毛细管现象，使凝聚气体分子不易蒸发所致。气体分子不易蒸发所致。 与类型与类型4 4相似，只是相似，只是吸附质与吸附剂相互作用吸附质与吸附剂相互作用较弱。较弱。 又叫阶梯型等温线，又叫阶梯型等温线，非极性的吸附质在物理、非极性的吸附质在物理、化学性质均匀的非多孔固化学性质均匀的非多孔固体上吸附时较为常见。体上吸附时较为常见。Page 9ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程3 3、吸附等温方程、吸附等温方程 朗格缪尔吸附模型假定条件为：朗格缪尔吸附模型假定条

8、件为： a. a.分子或原子被吸附在吸附剂表面的一些固定的位置上；分子或原子被吸附在吸附剂表面的一些固定的位置上； b. b.每个位置只能被一个分子或原子所占据；每个位置只能被一个分子或原子所占据； c. c.所有位置的吸附能都是一个常数所有位置的吸附能都是一个常数( (理想均匀表面理想均匀表面) )且被吸附的相邻且被吸附的相邻分子或原子之间无相互作用分子或原子之间无相互作用(1(1）LangmuirLangmuir方程方程 Page 10ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 Langmuir 等温方程可以用于

9、描述大多数类型等温方程可以用于描述大多数类型的吸附等温。的吸附等温。 另外，另外，Langmuir Langmuir 方程可以很好地表示出等温线在低压部分的特方程可以很好地表示出等温线在低压部分的特点。但是不适合高压部分，因为在较高分压情况下，吸附不能认为是点。但是不适合高压部分，因为在较高分压情况下，吸附不能认为是单分子层吸附，同时需要考虑毛细管凝结现象。单分子层吸附，同时需要考虑毛细管凝结现象。Page 11ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程(2)、BET方程方程(Brunauer、Emmett、Tell

10、er) BET模型假定条件：模型假定条件：a、吸附剂表面上可扩展到多分子层吸附；、吸附剂表面上可扩展到多分子层吸附； b、被吸附组分之间无相互作用力，而吸附层之间的分子力为范德华力；、被吸附组分之间无相互作用力，而吸附层之间的分子力为范德华力； c、吸附剂表面均匀；、吸附剂表面均匀； d、第一层的吸附热为物理吸附热，第二层以上为液化热；、第一层的吸附热为物理吸附热，第二层以上为液化热； e、总吸附量为各层吸附量的总和；、总吸附量为各层吸附量的总和； 在以上假设的基础上推导出在以上假设的基础上推导出BETBET二参数方程为二参数方程为: : BET 方程的优点是适用范围广，方程的优点是适用范围广

11、，可适用于可适用于I、型等温线型等温线，但，但形式复杂。形式复杂。Page 12ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 B E T 模 型 方 程 与模 型 方 程 与Langmuir方程的联系方程的联系? Page 13ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程（3）、）、Freundlich(弗罗因德利希）方程弗罗因德利希）方程 Freundlich 吸附公式是应用最早的经验公式之一，吸附公式是应用最早的经验公式之一，Freundl

12、ich 公式的数学公式的数学表达式为：表达式为： 将两边取对数得将两边取对数得 式中式中: q达到吸附平衡时的平衡吸附量；达到吸附平衡时的平衡吸附量； Pi 平衡时被吸附组分在气相中的分压，平衡时被吸附组分在气相中的分压，Pa； k、n与吸附剂的种类、特性、温度等有关的常数与吸附剂的种类、特性、温度等有关的常数 。 Page 14ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素吸附质性质吸附质性质吸附剂性质吸附剂性质pH接触时间接触时间温度温度共存物质共存物质吸附影吸附影响因素响因素Page 15ANHUI UNIVERSITY OF TECHN

13、OLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素a a、比表面积、比表面积由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。1、吸附剂性质、吸附剂性质b b、微孔数目、微孔数目活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，微孔数量多，内扩散对吸附速度吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，微孔数量多，内扩散对吸附速度影响较大，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。影响较大，可吸附

14、在细孔壁上的吸附质就多。a a、溶解度、溶解度对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。如活性炭从水中吸附有机酸的次序是甲酸如活性炭从水中吸附有机酸的次序是甲酸-乙酸乙酸-丙酸丙酸-丁酸而增加。丁酸而增加。2、吸附质性质、吸附质性质b b、分子构造、分子构造吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。吸附速度受内吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。吸附速度受内扩散速度的影响，吸附质分子的大小与活性炭孔径

15、大小成一定比例，最利扩散速度的影响，吸附质分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，最利于吸附。于吸附。Page 16ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素 pH pH值对吸附的影响，要与吸附剂和吸附质的影响综合考虑。值对吸附的影响，要与吸附剂和吸附质的影响综合考虑。pHpH值控制值控制了酸性或碱性化合物的离解度，当了酸性或碱性化合物的离解度，当pHpH值达到某个范围时，这些化合物就要值达到某个范围时，这些化合物就要离解，影响对这些化合物的吸附。离解，影响对这些化合物的吸附。pHpH值还会影响吸附质的溶解度，以及影值还会影响吸附质的溶解度，

16、以及影响胶体物质吸附质的带电情况。响胶体物质吸附质的带电情况。3、pH 因为液相吸附时吸附热较小，所以溶液温度的影响较小。因为液相吸附时吸附热较小，所以溶液温度的影响较小。 吸附是放吸附是放热反应。吸附热，即活性炭吸附单位重量的吸附质（溶质）放出的总热量热反应。吸附热，即活性炭吸附单位重量的吸附质（溶质）放出的总热量，以，以KJ/molKJ/mol为单位。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。为单位。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。 4 4、溶液温度、溶液温度 另一方面，温度对物质的溶解度有影响，因此对吸附也有影响。用活另一方面，温度对物质的溶解度有影响，因此对吸附也有影响。用活性炭处理水时，温度对吸附的影响不显著。性炭处理水时，温度对吸附的影响不显著。Page 17ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。一般情况下，多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。一般