吸附与吸附剂

第一讲吸附及其等温线1.1吸附现象日常生活中的吸附：干燥剂；竹炭吸附：adsorption吸收:absorption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。GibbssurfaceSurfaceofthesolidAdsorptionspacezGasphaseSolidphase,Vs1.2发展历程吸附剂的发展历程：木炭、活性炭、碳纳米管、石墨烯沸石分子筛、有序介孔材料、MOF1.2发展历程吸附理论的发展历程：1918年提出吸附领域第一个理论公式：Langmuir方程1932年获得诺贝尔奖IrvingLangmuir)（1881－1957)是本世纪卓越的美国化学家和物理学家1.2发展历程吸附理论的发展历程：BET方程（1938年）；1.2发展历程吸附理论的发展历程：Kelvin方程：毛细凝聚Polanyi吸附势理论:DA方程、Freundlich方程分子模拟。1.3吸附技术应用应用领域：化工、医药、环保、能源、食品、轻工等多个领域。1)气体或液体的脱水及深度干燥；2)气体或液体的脱臭、脱色、溶剂回收等；3)痕量物质吸附分离；4)物系分离；5)废气和废水的处理。吸附剂（Adsorbent）具有吸附作用的物质。吸附质（adsorbate）被吸附的物质。1.4基本概念吸附等温线（adsorptionisotherm）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（adsorptionisobar）压力一定时，吸附量与温度的关系。吸附定量线（adsorptionisostere）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）。物理吸附—分子间作用力化学吸附—化学键吸附热：积分吸附热和微分吸附热。色散力偶极子作用四极子作用1.5吸附作用范德华力（vanderwaals）静电力氢键、络合键势能曲线U(r)Lenard－Jones公式126)(brarrU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-32.3四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HO、S、N、F、Cl氢键作用力是范德华力的5-10倍。表面性质比表面积和孔径分布密度、硬度等1.6吸附剂理想表面非理想表面极性表面非极性表面表面修饰吸附剂表面特性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）表面修饰0.00.20.40.60.81.005101520253035n/mmolg-1p/p0BY-2-NH3H2OBY-2-HFBY-2BY-2-HNO3BY-2-H3PO4活性炭BY-2化学改性后的表面性质和储氢容量BETS样品BY-2BY-2-HNO3BY-2-H3PO4BY-2-NH3H2OBY-2-HFn(mmol/g)a3.483.502.863.613.67(m2/g)19641834179420612001灰分含量(%)3.921.040.983.921.9孔容(cm3/g)0.981.000.921.011.04m(总含氧官能团)mmol/g2.273.462.151.091.59m(-COOH)0.481.351.360.440.89m(-COOR)0.480.170.070.340.02m(酚羟基)1.271.810.700.280.02m(醌型羰基)0.040.130.0230.030.66孔IUPAC分类：微孔（micropore）:2.0nm中孔(mesopore):2.0-50nm大孔(macropore):50nm1.6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。VadTadVtTrefCprefpadVref真密度测量氧气在活性炭上吸附等温线1.3吸附等温线n=f(T，p)BB吸附量n相对压力p/p0np/p001Ⅰ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np/p001Bn01p/p0Ⅱ型和Ⅲ型等温线无孔固体，开放表面，表面覆盖机理Bn01p/p0n01p/p0Ⅳ和Ⅴ型等温线中孔凝聚np/p0Ⅵ类等温线均匀表面，每一台阶相当于吸满一层分子参考文献1、F.Rouquerol,J.Rouquerol,K.Sing,Adsorptionbypowdersandporoussolids,AcademicPress,19992、DuongD.Do.Adsorptionanalysis:equilibriaandkinetics.ImperialCollegePress,19983、J.Toth.Adsorptiontheory,modeling,andanalysis.NewYork:MarcelDekker,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