物理化学-国立高雄科技大学化学工程与材料工程系.doc

國立高雄應用科技大學物理化學實驗 實驗名稱：溶液中的吸附 組別：第九組 班級：四化材三甲 姓名：楊程偉學號：1100101131 實驗目的 了解吸附的定義，並認識吸附的方法 測定活性碳吸附醋酸溶液中的醋酸溶質 相關知識吸附：進行物理變化，產生的反應屬於物理反應。進行吸附作用時，通常使用吸附劑為之。吸附劑如矽膠、活性礬土??等等，這些吸附劑有微細的結構，故有相當 大的表面積，當物質﹝例如水﹞通過此等吸附劑時，其孔隙就會吸附這些通過的物質﹝例如水﹞，就好像海綿在吸水一樣，能夠把水吸附在海綿上，但以外力，例如 用力一壓、或加熱後，該吸附之物質﹝例如水﹞就會脫離。吸附劑可以重複使用，故此種反應算是一種可以正反向進行之反應。參考來源:維基百度、知識家實驗原理: 吸附，簡單來說就是「一種物質聚集在另一種物質的表面」，也就是「吸附物 (adsorbant) 累積在被吸附物 (adsorbate) 的表面」，這些被吸附物於吸附物的表面形成膜 (Film)。(1) 吸附的原理和表面張力相似，都是物質表面能量的結果。固體中每個分子和分子間都有作用力，在物體的中心，這些力量當然是針對著周圍的分子；然而若分 子位於物體的表面，則還會有一些朝著物體外側的作用力，當固體外側出現其他物質時，這些表面分子自然就會吸引固體外側的物質分子 。(1) 吸附在字面上容易與吸收 (absorption) 混淆，然而吸附僅讓被吸附物附著在表面，與吸收的概念是不相同的。吸附可以分為物理吸附 (physisorption) 與化學吸附 (chemisorptions)。物理吸附是被吸附物間以微弱的作用力，如凡德瓦力與靜電力，而聚集在吸附物表面的過程，譬如氮氣吸附於活性碳上，物理 吸附是 可逆 (Reversible) 行為，其逆行為稱之「脫附 (Desorption)」，被吸／脫附的氣體性質不變。而化學吸附則往往是產生了吸附物與被吸附物金產生較強的作用力，通常已經牽涉到共價鍵、離子鍵的 化學鍵的生成，被吸附物在吸附物的表面形重組成新的物質。(1) 溫度、被吸附物的壓力或濃度也會影響吸附劑的吸附能力。由於吸附是一個化學平衡的過程，理想的平衡過程必然會遵守凡特荷夫方程式 (Van ‘t Hoff’s equation)： 因此在小範圍的溫度差異下，吸附與溫度的關係是可以簡單被預期的。(1) 吸附是一個重要的表面現象，大自然的物理、化學、生物系統處處可見吸附現象， 同時一個吸附劑吸附的能力好壞在工業上影響深遠。一般常見的吸附劑通常為小顆粒狀，必須具有小而密的孔徑，以達到最大暴露的表面積，因為吸附劑的吸附能力 會隨著其表面積增加而增加，因此一些多孔洞、具有巨大表面積的材質，如活性碳或是沸石，經常會被拿來作為吸附劑。此外吸附劑還需要高的熱穩定性與耐磨性、 良好的排除蒸氣的能力。(1) 一般常見的吸附劑大致上可以分為含氧 (oxygen-containing) 吸附劑、碳基 (carbon-based) 吸附劑、聚合物基 (polymer-based) 吸附劑。含氧吸附劑包含了如矽膠、沸石（Zeolite，又稱分子篩 (molecular sieve)）和金屬氧化物等，通常具有高極性與親水性；碳基吸附劑則如活性碳、石墨，具有低極性與疏水性。聚合物基吸附劑則通常透過改變聚合物的官能 基，以吸附不同的物質。吸附是一種常用的水處理程序，所謂吸附是指利用吸附劑上的孔隙結構或表面上的化學官能基來去除廢水中的污染物質。完整的吸附過程可以包含吸收(absorption)以及吸附(adsorption)兩種效應，吸收是指物質被滲入(或融入)吸附劑中，通常是同質性的物質才會發生吸收效應 (例如有機物會被油分所吸收) ；而吸附只是在吸附劑表面的現象，被吸附的物質並未被融入吸附劑中，僅是被附著於吸附劑的表面而已。(1) 常用的吸附劑都以碳結構為主，可由木材、椰子殼、煤炭等等經過無氧熱解程序製成，一般經熱解完成的碳結構稱為焦炭(charcoal)，若再利用水蒸氣或氯化鋅等進行活化處理後即是活性碳(activated carbon)。焦炭與活性碳都是最常見的吸附劑，其差別在於活性碳經過活性處理後可提供較佳的處理效果。(2) 活性碳或焦炭之所以可做為吸附劑主要是因為其內部結構中有非常多的孔洞，物質在吸附過程經由傳輸進入這些孔洞後，可被截留住而吸附於吸附劑的表面而達去除的效果，而這種截留吸附的機制又可以分為物理性吸附與化學性吸附兩種。物理性吸附主要是藉由被吸附的物質(稱為溶質)與吸附劑間的凡得瓦爾力(Van der Waal)，將其吸引後截留於吸附劑的表面；而化學性的吸附則主要是靠吸附劑表面的化學官能基與溶媒間產生化學鍵結而形成吸附。物