固体表面吸附

1、关于固体表面吸附第一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月思考题表面活性剂具有的那些重要性质，与表面活性剂的结构和特性有关系吗？表面活性剂为什么能在表面形成表面吸附和定向排列？什么情况下，表面活性剂会在溶液中形成胶束？为什么气泡、液滴和肥皂泡都是球型？它们受到的附加压力相等吗？为什么气泡比肥皂泡容易破裂？纯液体、溶液和固体各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态？第二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月2.7 固体表面上的气体吸附作用 Adsorption on solid surface 1. Surface energy of solids and adsorption on s

2、urface of solidsSolid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400大多数固体比液体具有更高的表面能 第三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集，以求降低表面能的趋势。 2. Basic concepts (1) adsorbent(吸附剂) and adsorbate (吸附质) 固体表面的气体或液体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固体的表面吸附。广泛的应用：干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处理、催化剂、第四张，PPT共三十七页，创作于2

3、022年6月(2) adsorption equilibrium S + G At equilibrium : ra = rdra : rate of adsorptionrd : rate of desorption (3) Amount adsorbed (吸附量） SGadsorption desorption第五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月(4) Adsorption curves(a) 吸附等温线For a given adsorbent and adsorbatepT1T2T3第六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月pppp第七张，PPT共三十七页，创作于202

4、2年6月(b) 吸附等压线(c) 吸附等量线p1 p2 p3TpT1 23第八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（5） 物理吸附和化学吸附 Physical adsorption and chemical adsorption 物理吸附和化学吸附的比较 物理吸附 化学吸附吸附力 范德华力 化学键力吸附热 较小(液化热) 较大选择性 无选择性 有选择性稳定性 不稳定,易解吸 稳定分子层 单分子层或多分子层 单分子层吸附速率 较快, 较慢. 受温度影响小 受温度影响大第九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月3. Adsorption isothermal equations(1) L

5、angmuir equation (1916)(a) Adsorption is monolayer. (b) The surface of solid is uniform. (c) There is not interacting force among the molecules adsorbed.Basic assumptions:第十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Considered adsorption as a reaction G + S SGkakdka , kd : 分别为吸附和解吸(脱附)过程的速率 系数吸附速率：p ：被吸附气体的压力：表面覆盖率(fract

6、ion of the surface covered)1- : 表面空白率(fraction of the surface vacancy)脱附速率：第十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月或Langmuir isothermal adsorption equation a= ka/kd : 吸附系数(adsorption coefficient) (吸附平衡常数）第十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Discussion:(a) isotherm: at low pressure , ap1,ap, p at high pressure, ap1, 1, = maxmax:

7、 saturated amount of adsorption (即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量) pmax第十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 (b) 方程式可改写为:以p/(或p/V)对p作图,可求max(Vmax) 和a.pP/V第十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Ha : 等压吸附热(adsorption heat at constant pressure)In general Ha 0 T ， a， 第十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Tp第十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 Dissociation of adsorbateA

8、2 + 2S = 2AS(d) Other situations第十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月(2) Freundlich equation本式原为经验方程式, k、n为经验常数后在下述假设模型下，自理论导出（a) 吸附为单分子层吸附 (b) 固体表面是不均匀的第十八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月(3) Temkin equation理论模型：(a) 单分子层吸附(b) 固体表面是不均匀的 Ha= H0 - A第十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 adsorption of multi - component A + S = AS bA, A B +

9、S = BS bB , B第二十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（4）BET(Brunauer-Emmett-Teller) equation (1938)Basic assumption (a) Adsorption is multilayer (b) Surface is uniform and there is not interacting force among the molecules adsorbed.(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to the condensed he

10、at of gas.第二十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Vm: saturated amount of monolayer adsorptionc : constant dependent on adsorption heatpv : saturated vapor pressure of adsorbat liquid at adsorption temperature BET方程（吸附层数没有限制）第二十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月BET方程（吸附仅限于 n层） 第二十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Discussion:(二参数方程:) 使用范围

11、: p/pv=0.05 0.35 方程可改写为:用p/V(pv-p) 对 p/pv 作图,得一直线,从直线的斜率和截距可求 Vm与c. BET方程的应用: 测定固体(催化剂)的比表面积第二十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月4.固-气界面吸附的影响因素（1） 温度 气体吸附为放热过程，温度升高，吸附量减少。物理吸附，一般温度控制在气体的沸点附近。化学吸附为表面化学反应，温度影响吸附量、吸附速率、吸附类型（2）压力 压力增加，无论化学吸附或物理吸附，吸附量和吸附速率都增加第二十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（3）吸附剂和吸附质的性质极性吸附剂易于吸附极性吸附质非极性吸附剂

12、易于吸附非极性吸附质无论极性或非极性吸附剂，吸附质分子的结构越复杂，沸点越高，被吸附的能力越强酸性吸附剂易于吸附碱性吸附质，反之亦然吸附剂的孔隙大小，影响吸附量和吸附速率第二十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月固-气吸附的实验研究方法吸附量测定的实验方法BET质量法（石英弹簧称法）根据挂在石英弹簧下的样品盘在吸附前后因质量变化而引起的弹簧伸畅长（通过测高仪测量）来计算吸附量。流动法连续流动色谱法“干燥器”法测定样品对水蒸气的吸附量第二十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月常用吸附剂介绍吸附剂的物理结构参数密度、比表面积、孔体积、平均孔半径、孔径分布、粒度常见吸附剂（1）硅胶硅

13、胶是无定型氧化硅水合物，为极性吸附剂，主要用做干燥剂，催化剂载体，可自非极性溶剂中吸附极性物质第二十八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（2）活性炭活性碳多孔型性含碳物质，主要由各种有机物质（木、煤、果核、果壳等）经炭化何活化制成。活性碳具有高度发达的孔隙结构，良好的化学稳定性和机械强度。应用于化学工业、环境保护、食品工业。例：有毒气体的吸附、各类水溶液的脱色、除臭、水质净化、食品及药物精制等的各种废水处理。第二十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（3）吸附树脂（树脂吸附剂）吸附树脂是一种不含离子交换集团基团的高交联度体型高分子珠粒子，其内部具有许多分子水平的孔道，提供扩散通

14、道和吸附场所，具有吸附作用。特点：（1）容易再生，可反复使用；（2）吸附树脂的化学结构和物理结构较容易人为控制，可根据不同需要合成结构和性能不同的树脂，因此应用范围广。应用领域：废水处理；药物提纯、化学试剂的提纯、医学分析、急性药物中毒处理，特殊载体等，特殊高性能的吸附树脂在废水有效处理的同时，实现了废物的资源化。例：（1）含酚废水的处理（2）染料中间体生产中的废水处理第三十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（4）黏土黏土经风华作用形成，组成黏土矿的元素是硅、氧和铝，黏土中还含有石灰石、石膏、氧化铁和其它盐类。黏土具有晶体结构，主要有三种晶格类型，既高龄石、蒙脱石、伊利石。黏土作为固体

15、吸附剂，其吸附机理与不同黏土的晶体结构有关。应用广泛第三十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（5）硅藻土硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其具有特征理化性质的原因用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂第三十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（6）分子筛分子筛是以SiO2和Al 2O3为主要成分的结晶硅酸盐，具有均一微孔结构而能将不同大小的分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。分为天然和合成两类用作吸附剂（干燥、纯化、有效分离某些气体或液体混合物），也可用作催化剂。第三十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月（7）活性氧化铝活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧化铝，其化学组成为Al 2O3.xH 2O,也称水合氧化铝.多孔结构来源于氢氧化铝脱水形成的微孔和颗粒间隙.广泛用于炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附剂、干燥剂、催化剂和载体。第三十四张，P