吸附热力学-吸附等温线

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1、第一章吸附及吸附过程(1)吸附等温线(2)吸附等压线(3)吸附等量线(4)吸附等温方程(5)吸附热1.2吸附热力学2021/6/131吸附过程及应用(2)吸附等压线在吸附压力恒定时，吸附量随吸附温度的变化而变化，可得到吸附等压线(adsorptionisobar)。2021/6/132吸附过程及应用q(2)吸附等压线物理吸附等压线物理吸附的等压线2021/6/133吸附过程及应用(2)吸附等压线水在A型硅胶上吸附等压线水在某自制吸附剂上吸附等压线2021/6/134吸附过程及应用(2)吸附等压线由图可见，无论是物理吸附或是化学吸附，在一定温度范围

2、内吸附量均随着温度升高而下降。如右图为氢在金属镍上的吸附等压线。在此曲线最低点前进行物理吸附，最高点后进行化学吸附，最低点与最高点间为物理吸附向化学吸附的转变区域，为非平衡吸附。氢在镍上的吸附等压线但是，若气体在固体表面上低温进行物理吸附，高温又发生化学吸附，等压线可能出现转折，形成最高点和最低点。2021/6/135吸附过程及应用(3)吸附等量线如保持吸附量恒定，以平衡压力对吸附温度作图，就可以得到吸附等量线(adsorptionisostere)。2021/6/136吸附过程及应用q1q2q3(3)吸附等量线物理吸附的等量线物理吸附的等量线p

3、Tq1>q2>q32021/6/137吸附过程及应用(4)吸附等温方程1）Henry吸附式气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比(一定温度下)，这就是亨利定律。在吸附过程中，吸附量与压力(或浓度)成正比。这和气体在溶液中的溶解是相同的，故称为亨利吸附式。k是Henry常数。q=kp任何等温线在低压时都接近直线，都近似符合Henry吸附式。而且只限于吸附量占形成单分子层吸附量的10％以下，即吸附剂表面最多只有10％的表面被吸附物质的分子所覆盖，才能适用这个公式。这个公式作为吸附等温线的近似公式常用于化学工程中的吸附操作计算。2021/6/138吸附

4、过程及应用2)Freundlich吸附式假定在非均匀表面上发生吸附，也可以从理论上(经典统计力学)推导出Freundlich吸附式。H．Freundlich发现了许多溶液吸附都符合该式，所以采用了他的名字命名。Freundlich吸附温式是经验公式。q是单位质量固体上吸附的气体质量，P是气体的平衡压力。常数k和n依赖于吸附剂、吸附质的种类和吸附温度。常数n反映了吸附作用的强度，k与吸附相互作用、吸附量有关。或2021/6/139吸附过程及应用2)Freundlich吸附等温式常数n一般在2~3之间；但当温度升高时，n接近l，Freundlich吸

5、附等温式就成为Henry式。在对数座标纸上以q和x作图，便可一条直线。直线斜率1／n若在0.1～0.5之间，则表示吸附容易进行；超过2则表示吸附很难进行。或1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。Freundlich吸附等温式适用的范围，一般来说比Langmuir吸附等温式要大一些。与Langmuir公式一样，既适用于物理吸附又适用于化学吸附。2021/6/1310吸附过程及应用2)Freundlich吸附等温式Freundlich吸附等温式有两种表示形式：q：吸附量，cm3/gk，n是与温度、体系有关的常数。x：吸附气体的质量m：吸附剂质量

6、k’，n是与温度、体系有关的常数。Freundlich吸附公式对q的适用范围比Langmuir公式要宽。常用于Ⅰ型等温线；可较好地用于单分子层吸附，特别是中压范围内。常用于低浓度气体，对高浓度气体有较大偏差。Freundlich吸附式形式简单，计算方便，应用广泛。但式中的常数k、n没有明确的物理意义，不能说明吸附作用的机理。2021/6/1311吸附过程及应用3）Langmuir吸附等温式美国物理化学家Langmuir(朗格缪尔)，1881年1月31日生于纽约的一个贫民家庭。1903年毕业于哥仑比亚大学矿业学院。不久去德国留学，1906年获得哥丁

7、根大学的博士学位。1932年，因表面化学和热离子发射方面的研究成果获得诺贝尔化学奖。2021/6/1312吸附过程及应用Langmuir2021/6/1313吸附过程及应用在等温吸附时，Langmuir单层分子吸附模型四个主要假设：1）单层分子吸附。每个吸附中心只能被一个吸附分子占据(气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附)，形成不移动的吸附层；2）局部吸附。吸附剂固体的表面有一定数量的吸附中心，形成局部吸附；各吸附中心互相独立。各吸附中心的吸附或解吸与周围相邻的吸附中心是否为其它分子所占据无关;3）Langmuir吸附等温式Langmui

8、r在1918年从动力学理论推导出单分子层吸附等温式。Adsorbent3）理想的均匀表面。各个吸附中心都具有相等的吸附能，并在各中心均匀