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吸附平衡及其影响因素Page2ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学主要内容吸附平衡1吸附等温线与等温方程2吸附影响因素3Page3ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学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——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,能够脱离吸附剂的表面,又回到流体相中去——解吸(脱附)过程。2、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。1、吸附过程与解吸过程Page4ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学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。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。4、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q表示,单位mg/g或g/g。如果用V表示流体相体积,C0和C分别表示吸附前后吸附质的浓度,W表示吸附剂的质量,则:3、吸附容量WCCVq)(0Page5ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附平衡表示方法吸附等温线吸附等压线吸附等温方程恒温下单位质量吸附剂的吸附容量Qe与流体相中吸附质的分压(或平衡浓度Ce)间的关系绘出的曲线称为吸附等温线。表示吸附等温线的公式成为吸附等温方程恒压下的平衡吸附量与温度的关系称之为吸附等压线Page6ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程1、吸附等温线吸附等温线形式可归纳为六种基本类型Page7ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程2、吸附等温线特点Ⅰ低压下组分吸附量随组分压力的增加迅速增加。当组分压力增加到一定值后,吸附量随压力变化很小Ⅱ表示非多孔性固体表面发生多分子层吸附,它代表在多相基质上不受限制的多层吸附Ⅲ吸附剂与吸附质互相作用较弱、固体和吸附质之间的相互作用小于吸附质之间的相互作用时的情况Page8ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程Ⅳ具有明显的滞后回线,一般解释为是因为吸附中的毛细管现象,使凝聚气体分子不易蒸发所致。Ⅴ与类型4相似,只是吸附质与吸附剂相互作用较弱。Ⅵ又叫阶梯型等温线,非极性的吸附质在物理、化学性质均匀的非多孔固体上吸附时较为常见。Page9ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程3、吸附等温方程朗格缪尔吸附模型假定条件为:a.分子或原子被吸附在吸附剂表面的一些固定的位置上;b.每个位置只能被一个分子或原子所占据;c.所有位置的吸附能都是一个常数(理想均匀表面)且被吸附的相邻分子或原子之间无相互作用(1)Langmuir方程Page10ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程Langmuir等温方程可以用于描述大多数类型Ⅰ的吸附等温。另外,Langmuir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,吸附不能认为是单分子层吸附,同时需要考虑毛细管凝结现象。Page11ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程(2)、BET方程(Brunauer、Emmett、Teller)BET模型假定条件:a、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;c、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;e、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BET二参数方程为:BET方程的优点是适用范围广,可适用于I、Ⅱ、Ⅲ型等温线,但形式复杂。Page12ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程BET模型方程与Langmuir方程的联系?Page13ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程(3)、Freundlich(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,Freundlich公式的数学表达式为:将两边取对数得式中:q——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,Pa;k、n——与吸附剂的种类、特性、温度等有关的常数。Page14ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附质性质吸附剂性质pH接触时间温度共存物质吸附影响因素Page15ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素a、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b、微孔数目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,内扩散对吸附速度影响较大,可吸附在细孔壁上的吸附质就多。a、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--乙酸--丙酸--丁酸而增加。2、吸附质性质b、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。Page16ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素pH值对吸附的影响,要与吸附剂和吸附质的影响综合考虑。pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH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。pH值还会影响吸附质的溶解度,以及影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。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,以KJ/mol为单位。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。4、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。用活性炭处理水时,温度对吸附的影响不显著。Page17ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY安徽工业大学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。5、多组分吸附质共存因为吸附是液相中的吸附质向固相表面的一个转移过程,所以吸附质与吸附剂之间需要一定的接触时间,才能使吸附剂发挥最大的吸附能力。在水处理量一定的情况下,增加接触时间,意味着增加水处理设备或增大水处理设备,6、接触时间THANKYOU
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