吸附及吸附过程课件.ppt

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1、第一章吸附及吸附过程1.1吸附及吸附平衡吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附势能曲线，吸附平衡，平衡吸附量。1.2吸附热力学气体吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热及其测定。1.3吸附动力学及动态学吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定，吸附传质区、吸附前沿。1吸附材料及应用1.1吸附及吸附平衡吸附、脱附、吸收、吸着吸附（adsorption）一种物质的分子、原子或离子能自动地附着在某固体表面上的现象。或：在任意两相间的界面层，某物质的浓度能自动地发生变化的现象，皆称为吸附。吸附(adsorpt

2、ion)-当两相组成一个体系时，其组成在两相界面(Interface)与相内部是不同的，处在两相界面处的成分产生了积蓄(浓缩)。这种现象称为吸附。2吸附材料及应用1.1吸附及吸附平衡吸附、脱附、吸收、吸着吸附剂(adsorbent)-具有吸附能力的物质。如:活性炭。吸附质(adsorbate)-被吸附的物质。如:溴。脱附(desorption)-已被吸附的原子或分子，返回到液相或气相，称之为解吸或脱附。吸收(absorption)-原于或分子从一个相主体均匀地进入另一个相的内部(扩散)，称为吸收。它与吸附是不同的。吸着(sorpti

3、on)-当吸附与吸收同时进行时称为吸着。3吸附材料及应用固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动。通常它们是定位的。1.1吸附及吸附平衡固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。(1)形成吸附原因4吸附材料及应用（1）形成吸附原因受力不均匀不平衡力场得到某种程度的补偿固体表面上的原子或分子，不可移动。周围介质中其它的物质粒子1.1吸附及

4、吸附平衡固体表面层物质受到指向内部的拉力，这种不平衡力场的存在导致表面吉布斯函数的产生。固体不能通过收缩表面降低表面吉布斯自由能，但它可利用表面的剩余力，从周围介质捕获其它的物质粒子，使其不平衡力场得到某种程度的补偿，致使表面吉布斯函数的降低。5吸附材料及应用（1）形成吸附原因1.1吸附及吸附平衡一定T、p，被吸附的量随吸附面积的增加而加大。比表面很大的物质，如粉末状或多孔性物质，往往有良好的吸附性能。大多数固体比液体具有更高的表面能。剩余表面能---溶质浓集6吸附材料及应用（2）物理吸附分子间力—物理吸附（physicaladso

5、rption,physisorption)是吸附剂和吸附质之间通过分子间力（范德华力、氢键作用力）相互吸引,形成的吸附现象。吸附(放)热较小—为气体冷凝焓数量级，约42kJ/mol或更少。例：298.15K，H2O(g)在氧化铝上吸附焓Hm=-45kJ/mo1，水蒸气冷凝焓Hm＝-44kJ/mo1。多数气体物理吸附焓-Hm＜25kJ/mo1，不足以导致化学键断裂。没有选择性—任何固体可以吸附任何气体，一般易液化的气体易被吸附，但吸附量会有所不同。易解吸(脱附)—吸附作用力较弱，解吸(脱附)较易于进行。1.1吸附及吸附平衡7吸附

6、材料及应用（2）物理吸附单层或多层分子吸附--吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时，其吸附热比较低。吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸附机理，与气体的液化和蒸汽的冷凝时的机理类似。物理吸附过程是可逆的，几乎不需要活化能(即使需要也很小)，吸附和解吸的速度都很快，易达平衡。吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。1.1吸附及吸附平衡总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。8吸附材料及应用（3）化学吸附作用力是化学键力--化学吸附（chemicaladsorption,chemisorp

7、tion)被吸附的分子和吸附剂表面的原子发生化学作用，在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。吸附热较大--化学吸附类似于表面化学反应，化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多，一般都在40kJ/mol~400kJ/mol的范围，典型值200kJ/mol。选择性比较强--固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然。1.1吸附及吸附平衡9吸附材料及应用（3）化学吸附化学吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。吸附需要活化能，吸附与解吸的速率都较小，不易达吸

8、附平衡。温度升高，吸附和解吸速率加快。较高温度，才能发生明显的化学吸附.吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小，随被吸附分子和吸附剂表面原子间形成吸附化学键力大小的不同而有差异。表面化学性质和被吸附分子化学性质影响大!1.1吸附及吸附平