吸附基本概念.ppt

第一讲 吸附基本概念 1.1.1 发展历史 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： 1917年， Langmuir方程； BET方程、 Kelvin方程、 DA方程等。 1.1.2 基本概念 吸附 吸附（adsorption）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。 吸附剂（Adsorbent）具有吸附作用的物质。 吸附质（adsorbate）被吸附的物质。 吸附剂与吸附质 1.1.2 基本概念 吸附等温线（adsorption 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（adsorption isobar）压力一定时，吸附量与温度的关系。 吸附定量线（adsorption 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（desorption）。 理想表面 非理想表面 固体表面 MCM-41 有序介孔材料的透射电镜图（TEM） 活性炭的TEM图（椰壳基和石油焦基） 孔 IUPAC 分类： 微孔（micropore）: 2.0nm 中孔 (mesopore) : 2.0-50nm 大孔 (macropore) : 50nm 1.6 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：质量处以包括孔容积在内的体积得到的密度。 容积密度（堆密度）：质量处以包含粉末粒子间隙的体积得到的密度。 真密度测量 参考文献 1、F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing, Adsorption by powders and porous solids, Academic Press, 1999 2、 Duong D.Do. Adsorption analysis: equilibria and kinetics. Imperial College Press, 1998 3、J. Toth. Adsorption theory, modeling, and analysis. New York: Marcel Dekker, Inc, 2002, 175 叶振华，化工吸附分离工程，1992 R.T.Yang, 吸附法气体分离，1991 严继民，吸附与凝聚，1986 色散力 偶极子作用 四极子作用 1.2 吸附作用 范德华力（van der waals ） 静电力 氢键 表面修饰 势能曲线U(r) Lenard－Jones公式 色散力 2.2 偶极子相互作用 色散力 偶极子作用 四极子作用 r-3 2.3 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。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子交换。 静电力 氢键 羟基-OH、羧基-COOH、磺酸基-SO3H、氨基-NH2 等官能团 H O、S、N、F、Cl 氢键作用力是范德华力的5-10倍。 表面修饰 活性炭BY-2化学改性后的表面性质和储氢容量 样 品 BY-2 BY-2-HNO3 BY-2-H3PO4 BY-2-NH3H2O BY-2-HF n(mmol/g)a 3.48 3.50 2.86 3.61 3.67 (m2/g) 1964 1834 1794 2061 2001 灰分含量(%) 3.92 1.04 0.98 3.92 1.9 孔容(cm3/g) 0.98 1.00 0.92 1.01 1.04 m(总含氧官能团) mmol/g 2.27 3.46 2.15 1.09 1.59 m(-COOH) 0.48 1.35 1.36 0.44 0.89 m(-COOR) 0.48 0.17 0.07 0.34 0.02 m(酚羟基) 1.27 1.81 0.70 0.28 0.02 m(醌型羰基) 0.04 0.13 0.023 0.03 0.66 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 吸附等温线的类型 等温线的形状反应了固体表面性质、孔结构和气－固分子之间的作用力的特性。 Ⅰ型等温线 化学吸附，单分子层，极限吸附量 微孔吸附剂，孔填充 超临界吸附 Ⅱ型和Ⅲ型等温线 无孔固体，开放表面，表面覆盖机理 Ⅳ和Ⅴ型等温线 中孔凝聚 Ⅵ类等温线 均匀表