固气界面吸附
固气界面吸附
吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。
固体表面的特点
和液体一样，固体表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能。但由于固体分子或原子不能自由移动，因此它表现出以下的特点：
1固体表面分子（原子）移动困难固体表面不像液体那样易于收缩和变形，因此固体表面张力的直接测定比较困难。任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面维于收缩，所以只能靠降低表面张力的方法来降低表面能，这也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。
2固体的表面是不均匀的从原子水平上看，固体的表面是不规整的，存在多种位置，有附加原子，台阶附加原子，平台，平台空位，扭结原子等等。这些表面原子的差异，主要表现在它们的配位数的不同。这些不同类型的原子，它们的化学行为也不相同，吸附热和催化活性差异很大。另外，表面态能级分布是不均匀的，不同于均匀的体内电子态。
3固体表面层的组成不同于体相内部固体表面除在原子排队布及电子能级上与体相有明显不同外，其表面化学组成也往往与体相存在很大的差异。由多种元素组成的固体，由于具有趋势向于最小表面自由能及吸附质的作用，使某一元素的原子从体相向表层迁移，从而使它在表层中含量高于在体相的含量，这种现象称为表面偏析。它不仅与固体的种类及所暴露出的晶面有关，还受环境气氛的影响。
总之，固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能，吸附行为和催化作用等。
吸附等温线
当气体在固体的表面发生吸附时，固体叫做吸附剂，气体叫做吸附质。在发生气固吸附时，在一定的条件下（T，p），单位质量的固体在达到吸附平衡时，吸附气体的体积V（换算成标准状态下（STP）或物质的量称为吸附量q。
如q=V/m
实验表明，对于给定的系统（即一定的吸附剂与一定的吸附质），达到吸附平衡时的吸附量与温度和压力有关，即q=f(T,P)
在固定一个变量时，可以有三种吸附曲线，这三种吸附曲线是相互联系的，从一种吸附曲线可以得到另一种吸附曲线。三种吸附曲线各有用处，其中以吸附等温线被人们研究得最多。通过对吸附情况的实验测定，人们可以了解固体的许多性质，如表面积，孔径分布等。
(Ⅰ)Langmuir型等温线，由单层吸附所得。在2～3nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。
如78K时N2在活性炭上的吸附，水和苯蒸气在分子筛上的吸附。
(Ⅱ)常称为（反）S型等温线。无孔性固体或吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。在比压接近1时，发生毛细管和孔凝现象。
(Ⅲ)这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线，如352K时，Br2在硅胶上的吸附。
(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。
(Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。如373K时，水气在活性炭上的吸附属于这种类型。
许多吸附等温线处于上述两种或更多种等温线的中间状态。此外，还有些等温线完全不符合上述五种类型。如阶梯型等温线，如下图所示。
吸附现象的本质——物理吸附和化学吸附
物理吸附化学吸附
吸附力范德华力化学键力
吸附热较小(～液化热) 较大(～化学反应热) 选择性无选择性有选择性
稳定性不稳定,易解吸稳定
分子层单分子层或多分子层单分子层
吸附速率较快, 较慢,
受温度影响小，受温度影响大，
不需要活化能。需活化能。
物理吸附的特点：
1. 吸附力是由固体和气体分子之间的van der Waals引力产生的，一般比较弱。
2. 吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个
kJ/mol以下。
3. 吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然吸附量会有所不同。
4. 吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快
5. 吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的
6.吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升高而变快。
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
化学吸附的特点：
1. 吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。
2. 吸附热较高，接近于化学反应热，一般在42kJ/mol以上。
3. 吸附有选择性，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。
4. 吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5. 吸附是单分子层的。
6. 吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加快。
总之：化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。
影响固气界面吸附的主要因素
影响气-固界面吸附的主要因素有：温度、压力以及吸附剂和吸附质的性质。
无论物理吸附还是化学吸附，温度升高时吸附量减少，压力增加，吸附量和吸附速率皆增大。在物理吸附中，要发生明显的吸附作用，一般说，温度要控制在气体的沸点附近。
极性吸附剂易于吸附极性吸附质，非极性吸附剂则易于吸附非极性物质。
吸附质分子的结构越复杂，沸点越高，被吸附的能力越强。
酸性吸附剂易吸附碱性吸附质，反之亦然。
无论物理吸附还是化学吸附，压力增大，吸附量皆增大。物理吸附类似于气体的液化，故吸附随压力的改变而可逆的变化。化学吸附过程往往是不可逆的，即在一定压力下吸附达到平衡后，要是被吸附的分子脱附，单靠降低压力是不行的，必须同时升高温度。
固体溶液界面吸附
1.固-液吸附的一般概念
吸附特点： 吸附规律比较复杂
吸附速率比较缓慢
吸附应用极为广泛
吸附量测定方法简单
吸附规律比较复杂
溶液中有溶剂和溶质，固体对溶液的吸附至少要考虑三种作用力，即界面上固体和溶质、固体和溶剂，溶液中溶质和溶剂之间的作用力。固液吸附是固体表面被溶质、溶剂分子所占满，实质上是溶质、溶剂分子争夺固体表面的净结果。 若固体表面的溶质浓度比溶液内部大，即为正吸附，否则为负吸附。 吸附速率比较缓慢
溶液吸附比气体的吸附速率要慢得多。原因有吸附质分子在溶液中扩散速度比气体中慢很多；在溶液中，固体表面有一层液膜，对吸附有阻碍作用，吸附质分子必须穿过液膜才能被吸附； 吸附剂的孔结构对吸附作用的阻碍作用； 吸附应用极为广泛：
例如 活性炭脱色
大孔吸附树脂脱酚
岩石对表面活性剂的吸附
水处理技术（工业水、自来水、蒸馏水）
植物吸收土壤中养分
固体吸附溶液达到平衡时，测定溶液浓度的变化即可计算溶质的吸附量。
()c c V x m m
-Γ==
x/m 每克吸附剂吸附溶质的量，mol/g 。通常称为表观吸附量。
目前尚无成熟理论阐述固液吸附现象，多借用固气吸附
理论和公式说明固液吸附现象。
如 Freundlich 、Langmuir 、BET 公式等。
此时公式中常数物理意义不明确，只能算作经验公式。
实际应用时将压力p 改为浓度c 即可。
一、吸附剂、溶质和溶剂的极性及其他性质对吸附量的影响
1 同系物的吸附---Traube 规则
有机物的同系物在溶液中被吸附时，吸附量随碳链增长而有规则的增加。 如 活性炭自水溶液中吸附脂肪酸时，吸附量 丁酸>丙酸>乙酸>甲酸。 原因 非极性吸附剂易于优先吸附非极性组分。
又如 硅胶自四氯化碳中吸附脂肪醇，吸附量
乙醇>正丙醇>正丁醇>正戊醇>正己醇>正辛醇
原因 极性吸附剂易于优先吸附极性组分。
（2）溶质的溶解度对吸附量的影响
溶解度越小的溶质越易被吸附。因为溶解度小表示溶质与溶剂相互作用弱，被固体吸附的倾向较大。
脂肪酸碳氢链越长，水中溶解度越小，被活性炭吸附的越多。在四氯化碳溶剂中，脂肪酸碳链越长，溶解度越大，被四氯化碳吸附的越少。
又如苯甲酸在CCl4中溶解度大于在水中，硅胶在两种溶剂中对同浓度苯甲酸(0.01mol/L)的吸附量不同，在CCl4中吸附量远大于水中吸附量。
这是因为极性吸附剂对水有强烈的吸引力，苯甲酸分子很难替代水分子留在硅胶表面。而极性吸附剂对CCl4分子吸引力较弱，苯甲酸分子很容易替代CCl4分子被吸附。
（3）温度的影响
溶液吸附一般也是放热过程，温度升高，吸附量减小。
有些体系，溶液吸附是吸热过程。这是因为溶质吸附时能从吸附剂固体表面顶替下来大量的溶剂分子，使体系熵值增大，由于这种熵的驱动过程，使体系温度升高，吸附量增大。
同时还要考虑温度对溶解度的影响。多数溶质随温度升高溶解度增大，则吸附量降低；若有些溶质随温度升高溶解度降低，则吸附量增加，如丁醇、戊醇、己醇等。
（4）吸附剂孔径的影响
孔径越小，孔内扩散速率越慢，吸附平衡时间延长，并且吸附质分子尺寸<孔径的溶质分子才能被吸附。
(5)盐的影响
即使盐的加入不被吸附，盐能影响溶质与溶剂之间的相互作用，会对吸附产生明显影响。实验说明，若盐的加入使溶质溶解度减小，则吸附量会因盐的加入而增大；反之，能提高溶解度，吸附量会降低。
总之，固液吸附的影响因素很多，必须根据具体情况，综合考虑各种因素，才能得到正确结论。
二、混合物的吸附
是指溶液中两种以上的溶质同时被吸附的情况。实际应用中经常见到，是一个重要课题。但人们对此研究并不多, 尚处于初始阶段，许多情况定性描述多，定量描述困难。
①大孔硅胶-CCl4 -多种直链脂肪醇( 正丁醇、正戊醇、正辛醇)的混合吸附体系，Langmuir型混合吸附公式适用性较好。
②活性炭-H2O-混合酸（盐酸-乙二酸、乙酸、丙酸、丁酸或二元酸）的吸附体系
仿照上面，按Langmuir吸附公式处理，并无直线关系，只能定性说明。这可能与脂肪酸在水中部分电离有关。混合吸附公式中未涉及吸附质电离情况。
③混合吸附共同特点一种溶质的吸附量会因另一种溶质
加入而降低。这是因为固体表面的溶质分子被另一种加入
溶质分子顶替，改变了吸附平衡，从而导致了原来溶质分
子吸附量降低。
④直线型吸附等温线混合吸附中若有一种能被强烈吸附
的主要溶质存在，则其它痕迹量的溶质的吸附等温线皆为
直线型。
三、多分子层吸附
大多数稀溶液的吸附行为可用Langmuir和Freundlich公式描述。
Hansen和傅鹰的工作
炭黑（石墨）-水-酸或醇（C4+）吸附体系
等温线没有极限饱和值；当接近饱和浓度时，吸附量急剧上升，表明溶液吸附也有多分子层的。
Bartell等的工作
硅胶从己醇-H2O 体系中吸附水的实验
当c/co＝0.8附近，吸附等温线急剧上升，呈S型。表现出毛细凝聚特征，即多分子层吸附。此处实际上也是水在毛细管中相分离的结果
四、对高分子的吸附
高分子吸附特点
①高分子体积大，形状可变，在良溶剂中舒展成带状，不良溶剂中卷曲成团，常形成多点吸附，并且脱附困难；
②高分子的分子量有大有小，呈分散性，吸附时会发生分级效应；
③分子量大，移动缓慢，在固体孔内扩散易受阻，吸附平衡极慢；
④吸附量常随温度升高而增加。
高分子在固体表面的吸附形态
(a)单点吸附
(b)多点吸附,也称链段吸附
(c)平躺多点吸附
(d)无规线团吸附，构型吸附，吸附层厚度＝线团直接
(e)不均匀链段吸附，距固体表面越近，链段密度越大
(f)多层吸附
五、对表面活性剂的吸附
实际中有重要应用，洗涤、印染、润湿等。
吸附等温线有4类
第一类L型Langmuir单分子型
如十二烷基羧酸钠-硫酸钡固体吸附体系
由于分子间排斥结果，实验得到的分子截面积
大于分子本身截面积。
第二类LS型或双平台型吸附等温线
如戊醇、己醇-石墨或炭黑
十二烷基氯化铵-炭黑
十六烷基三甲基溴化铵-硅胶
由最大吸附量计算的分子截面积小于分子本身截面积，可推测为多分子层吸附。
第三类S型等温线
如TX100（聚氧乙烯辛基苯酚醚）- 大孔硅胶、小孔硅胶、癸基甲基亚砜（C10H21SOCH3）- 硅胶
开始吸附量很小，当浓度增加到一定值后，吸附量急剧上升，然后减缓，出现平台，不再随浓度变化，呈S型曲线。
第四类极大值吸附等温线
如十二烷基羧酸钾（1）-石墨
十二烷基硫酸钠（2）-石墨
十二烷基苯磺酸钠-硅胶或钙硅胶（SDBS）
六、对电解质的吸附
(1)离子交换吸附
是指离子交换剂或某些粘土的离子和电解质溶液中某些离子发生离子交换，达到吸附离子的作用。
（2）土壤的离子交换作用
土壤成分主要为硅铝酸盐，其粒子在水介质中电离带负电荷，因静电作用阳离子吸附在土壤粒子表面，使土壤具有阳离子交换性能。
盐碱土吸附大量钠离子，使土壤显强碱性，土壤粒子高度分散，土壤的理化性能变坏；红壤吸附大量铝离子，土壤示强酸性，土壤粒子易结板。
如土壤施肥是使铵离子通过离子交换储存在土壤中。
（3）无机离子交换剂
许多金属氧化物在适当条件时可视作无机离子交换剂。如Fe2O3、Al2O3、MnO2、TiO2、硅胶等，其表面含有的羟基，可和溶液中许多无机、有机离子进行离子交换。
金属离子交换到硅胶表面上－浸渍法制备负载型金属催化剂。
固液界面的吸附
实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich 等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=V （C 0-C ）/m (1) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） C 0——被吸附物质的初始浓度（1 -?L mol ） V ——所用溶液的总体积（L ） 在 V 、C 0 、m 已知的情况下，Γ和C 的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich 吸附等温式表示：Γ=n kC m x 1 = (2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol ） m x ——平衡吸附量（1 -?g mol ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ）
k 、n ——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 k 。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freundlich 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k ： NaOH+HAc==NaAc+H 2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知HAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml 磨口具塞锥型瓶6个，150ml 锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml 移液管1支，10ml 移液管2支，25ml 移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20～40目，比表面300～400m 2/g ），0.41 -?L mol HAc 溶液，0.10001 -?L mol NaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.41 -?L mol HAc 和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5滴酚酞指示剂，用NaOH 标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度C 0和吸附平衡时的浓度C ，并按（1）式计算吸附量一同填入表.
煤层气─固界面作用与吸附模型
文章编号：!""!#!$%&（’""(）")#""’(#") 煤层气!固界面作用与吸附模型 邓英尔!，’ ，马宝岐)，刘慈群( （!*油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都&!""+$； ’*四川大学水利水电学院，四川成都&!""&(；)*西安石油大学油田化学研究所， 陕西西安,!""&+；(*中国科学院渗流流体力学研究所，河北廊坊"&+"",） 摘要：按照毛细管模型与单分子层作用模型，推导了煤层气—固界面作用与煤层渗透性的关系；根据煤层气吸附实验资料，运用非线性回归方法，分别按-./01234吸附理论和567吸附理论计算了煤层气吸附规律。实例分析表明：煤层气—固界面作用的强弱与煤层介质的渗透率平方根或煤层介质的孔径大小成反比，它揭示了低渗透煤层气解吸困难、开采难度较大的机理；567吸附模型比-./01234吸附模型能更好地描述煤层气的吸附规律。研究结果为煤层气开发工程提供了科学依据。关 键 词：煤层气；吸附；模型；解吸；机理；非线性回归 中图分类号：8&!%*!! 文献标识码：9 !引言 煤层气既是煤矿生产的重大灾害隐患，又是一 种非常洁净的新型能源。煤层气渗流机理研究是科 学开发煤层气资源所要解决的基础问题［!:+］ 。 煤层气从煤层流向井筒需要经历解吸、扩散、渗流)个过程。只有降低地层压力，煤层气解吸后，才能扩散、渗流到井筒。故煤层气—固界面作用在煤层气渗流机理研究中具有重要作用。我国的低渗透煤层气资源相当丰富。众所周知，在相同的压力梯度下，煤层气在低渗透煤层中的渗流速度远低于较高渗透率煤层。所以，本文基于毛细管模型和单分子层作用模型，推导煤层气—固界面作用与煤层介质的渗透性的关系，探讨煤层气—固界面作用对低渗煤层介质与较高渗透率煤层介质渗流影响的差别，以初步揭示低渗透煤层气渗流机理。此外，本文根据煤层气吸附实验资料，运用非线性回归方法，分别按-./01234和567吸附理论计算与分析，比较用567吸附模型和-./01234吸附模型描述煤层气的吸附规律所产生的误差的大小。"煤层气—固界面作用及其与煤层渗透性的关系"*! 煤层气—固界面作用 煤层气吸附作用是一种重要的界面物理化学现 象［&:%］。煤层气吸附发生在两相界面上，并且界面 分子间的作用力不同于界面内分子间的作用力。相 界面上流体的分子密度高于其主体相密度。煤层气—固界面上的吸附属于物理吸附，分子间的结合力为范德华力。吸附剂的表面是吸附相赖以存在的场所。对于确定的吸附剂，表面官能团的种类及其分布与表面曲率的大小决定了表面势能。对于煤层气吸附最重要的参数是表面吸附势能。煤层固体表面的吸附势决定了吸附作用力的大小，因此影响煤层气吸附量。对于煤层气吸附而言，单位质量煤层的表面积大，吸附的煤层气量才可能多。煤层吸附剂的表面积由颗粒的外表面积和颗粒中孔隙的内表面积组成。煤层的外表面积与内表面积相比可以忽略。因此，煤层比表面积取决于孔径的大小与分布。 值得注意的是：煤层气—固界面分子力的作用强弱或影响的大小与煤层介质渗透性是密切相关的。为了探讨煤层气—固界面分子作用与煤层介质渗透性的关系，需要建立简化模型。可采取用数学处理的理论模型来表示煤层介质，以建立其不同性质间的相互关系。非常遗憾的是，由于煤层介质的孔隙结构和形状及大小各种各样，要想从数学的角度建立起精确的孔隙模型是困难的。并且，煤层气吸附是多分子层的，使得从数学上得出煤层气—固界面作用与煤层渗透性的关系变得更加复杂。但是，考虑到分子间的相互作用力随分子间距离的增大而迅速减小的特点，采用最简单的毛细管模型和单多分子层吸附简化模型，还是可以获得煤层气—固界面作用与煤层渗透性的定性或半定量的关系。 收稿日期：’"")#!!#"+ 基金项目：国家$,)项目（编号：’""’;5’!!,""）；国家自然科学基金项目（面上项目，编号：("’"’")&） 作者简介：邓英尔（!$&,—），男，汉族，湖南邵阳人，博士，四川大学教授，从事渗流力学、环境岩土工程等方面研究< ? (’?煤田地质与勘探 ;=9->6=-=>?@6A8-=B97C=D EFG*)’DF*)H2/*’""( 万方数据
固气界面吸附
固气界面吸附 吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。 固体表面的特点 和液体一样，固体表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能。但由于固体分子或原子不能自由移动，因此它表现出以下的特点： 1固体表面分子（原子）移动困难固体表面不像液体那样易于收缩和变形，因此固体表面张力的直接测定比较困难。任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面维于收缩，所以只能靠降低表面张力的方法来降低表面能，这也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。 2固体的表面是不均匀的从原子水平上看，固体的表面是不规整的，存在多种位置，有附加原子，台阶附加原子，平台，平台空位，扭结原子等等。这些表面原子的差异，主要表现在它们的配位数的不同。这些不同类型的原子，它们的化学行为也不相同，吸附热和催化活性差异很大。另外，表面态能级分布是不均匀的，不同于均匀的体内电子态。 3固体表面层的组成不同于体相内部固体表面除在原子排队布及电子能级上与体相有明显不同外，其表面化学组成也往往与体相存在很大的差异。由多种元素组成的固体，由于具有趋势向于最小表面自由能及吸附质的作用，使某一元素的原子从体相向表层迁移，从而使它在表层中含量高于在体相的含量，这种现象称为表面偏析。它不仅与固体的种类及所暴露出的晶面有关，还受环境气氛的影响。 总之，固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能，吸附行为和催化作用等。 吸附等温线 当气体在固体的表面发生吸附时，固体叫做吸附剂，气体叫做吸附质。在发生气固吸附时，在一定的条件下（T，p），单位质量的固体在达到吸附平衡时，吸附气体的体积V（换算成标准状态下（STP）或物质的量称为吸附量q。 如q=V/m 实验表明，对于给定的系统（即一定的吸附剂与一定的吸附质），达到吸附平衡时的吸附量与温度和压力有关，即q=f(T,P) 在固定一个变量时，可以有三种吸附曲线，这三种吸附曲线是相互联系的，从一种吸附曲线可以得到另一种吸附曲线。三种吸附曲线各有用处，其中以吸附等温线被人们研究得最多。通过对吸附情况的实验测定，人们可以了解固体的许多性质，如表面积，孔径分布等。
气固吸附等温线的分类
气固吸附等温线的分类 陈思 化学与化工学院 14级化学基地班 201417110005 摘要：论述了从早期的BDDT 的5种类型吸附等温线，到 IUPAC 的6种类型吸附等温线，再到基于 Ono-kondo 晶格模型的 Gibbs 吸附分类的5种类型吸附等温线，并讨论了与各种类型吸附等温线类型相对应的吸附过程和机理。 关键词：气固吸附；等温线；分类；机理 1.引言 温度一定时，反映吸附质平衡分压p与吸附量a之间关系的曲线称为吸附等温线【1】。吸附等温线是有关吸附剂孔结构、吸附热以及其它物理化学特征的信息源。在恒定的温度和宽范围的相对压力条件下可得到被吸附物的吸附等温线。正确判断吸附等温线类型，对于吸附剂孔结构等参数的计算是非常重要的。 IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry，国际纯理论与应用化学协会）手册上就有说明：对于吸附过程的研究，第一步就是“确定吸附等温线的类型，然后再确定吸附过程的本质”【2】。 吸附等温线是吸附相平衡的具体描述，是吸附分离装置设计所必需的参数。对于气固吸附相平衡的研究，人们通常都是从对所研究的吸附等温线的归类开始入手的。通过对一系列吸附等温线的分类，人们可以更好地理解各种吸附机理并建立相应的理论模型。 目前，相关文献报导的众多吸附等温线包括了种类繁多的吸附剂和吸附质，然而这些吸附等温线还是呈现出一定的规律性，根据吸附线形状或吸附发生的压力及温度不同有以下几种分类方法。 2.BDDT 的 5 种类型吸附等温线 1940 年，在前人大量的研究和报道以及从实验测得的很多吸附体系的吸附等温线基础上，Brunauer S.，Deming L. S.，Deming W. E.和Teller E.等人对各种吸附等温线进行分类，将吸附等温线分为5类（如图 1 所示），称为 BDDT 分类【3】，也常被简称为 Brunauer 吸附等温线分类。 图1 BDDT 吸附等温线的5种类型【4】 类型Ⅰ是Langmuir 型曲线，表示吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子尺寸略大时的单层分子吸附或在微孔吸附剂中的多层吸附或毛细凝聚。该类吸附等温线，在吸附质平衡分压较小时，吸附量随气体分压的增大而增大，近乎成直线关系；在气体平衡分压很大时，吸附量
固液界面的吸附
固液界面的吸附
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实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 １. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线,求出Freu ｎd ｌic ｈ等温式中的经验常数。 ３. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附,验证弗伦特立希（Ｆreund ｌich)吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时,固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同,即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=Ｖ(C 0－C)／m (1） 式中:m ——吸附剂的质量(g) Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度(1 -?L mol ) Ｃ０——被吸附物质的初始浓度(1 -?L mol ) V ——所用溶液的总体积(L ） 在 Ｖ 、C ０ 、m 已知的情况下,Γ和C 的关系如何呢? 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下,它在中等浓度溶液中的吸附量 与溶质平衡浓度的关系，可用Freun ｄlich 吸附等温式表示:Γ＝n kC m x 1 = （2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量(mo ｌ） m x ——平衡吸附量(1-?g mol )
Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） ｋ、n ——经验常数(与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（２）取对数,得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 ｋ。 （二)本实验操作原理: 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freu ｎdl ｉｃh 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和ｋ: Na ＯH+ＨAc ＝=ＮaAc+Ｈ2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知ＨAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器:15０ｍl 磨口具塞锥型瓶６个，１50ml 锥型瓶６个,长颈漏斗6个，称量瓶1个,50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5m ｌ移液管1支,10ml 移液管２支,25ｍl 移液管3支，电子天平1台,恒温振荡器1套,定性滤纸若干。 试剂:活性炭(2０～40目,比表面３00~4０0ｍ２ ／ｇ)，0.41-?L mol HAc 溶液,0.10０01 -?L mol ＮaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1． 打开恒温振荡器的开关,预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号,并各称入1．0克活性炭。 ３． 用移液管按下表分别加入0．４1 -?L mol HA ｃ和蒸馏水,并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中,调节好速度，摇荡一小时。 ４． 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样,放入１~6标号的小锥形瓶中,各加入５滴酚酞指示剂，用N ａOH 标准溶液各滴定两次(滴至粉红色刚好不褪去)，碱量取平均值记入下表。 ５. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器,关闭电源,整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度Ｃ０和吸附平衡时的浓度C,并按(１）
固液界面的吸附
实验四固液界面上的吸附 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 （一）计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 r =V （C0-C）/m ⑴ 式中：m 吸附剂的质量（g） C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol I，） C0――被吸附物质的初始浓度（mol丄‘） V ――所用溶液的总体积（L） 在V、C O、m已知的情况下，r和C的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 1 x — 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich吸附等温式表示：r = kC n m ⑵ 式中：m 吸附剂的质量（g） x ----- 吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol） ---- 平衡吸附量（mol g '）
m C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol L^ ） k、n――经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 x 1 lg lg C lg k （3） m n x 1 以lg 对lg c作图，可得一条直线，直线的斜率等于，截距等于lgk，由此可求得n和m n k。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭一醋酸体系中，验证Freundlich吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k： NaOH+HAc==NaAc+H2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH的量，可知HAc的浓度c,再根据（1）式计 算r值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml磨口具塞锥型瓶6个，150ml锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml移液管1支，10ml移液管2支，25ml移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20?40目，比表面300?400m2/g） , 0.4 mol I* HAc溶液， 0.1000 mol L NaOH标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 l. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25 C。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入 1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.4mol L 4HAc和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25C恒温振 荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5 滴酚酞指示剂，用NaOH标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记 入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。
固液界面吸附实验报告
固液界面吸附实验报告 物理化学实验报告 姓名: 学号: 活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附 一、实验目的 1、了解固体吸附剂在溶液重点吸附特点。 2、通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗劳因特立希(Freundlich)吸附等温式。 3、作出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温式，求等温式中的经验常数。二、实验原理 固液界面吸附分为分子吸附和离子吸附。分子吸附就是非电解质及弱电解质中的吸附;而离子吸附是指强电介质溶液中的吸附。通常，把被吸附的物质称为吸附质，把具有吸附作用的物质称为吸附剂。充当吸附剂的物质一般都是多孔性的，也就是具有较大的比表面吉布斯函数。本实验采用活性炭作为吸附剂，在一定温度下，根据弗劳因特立希(Freundlich)吸附等温式，研究活性炭在中等醋酸溶液中的吸附情况: 1xn,ke m x衡时，吸附质被吸附的物质的量(mol);为式中m为吸附剂的质量(g);为吸附平xm-1-1平衡吸附量(mol?g);c为吸附平衡时吸附质在溶液中的浓度(mol?L);k和n是与吸附质、吸附剂及温度有关的常数。 对上式两边取对数: x1lg,lgc，lgk mn
xlg以对作图，得到一条直线，根据直线斜率和截距，就可以求出n和k。lgcm 【实验试剂和仪器】 三、实验仪器试剂: 振荡器1台;磨口具塞锥形瓶6个;锥形瓶6个;长颈漏斗6个;电子天平1台(0.01)移液管1支(25mL);移液管2支(10mL);移液管1支(5mL);酸式滴定管1支;碱式滴定管1支; -1HAc溶-1NaOH粉末活性炭;0.4 mol?L液;0.1000 mol?L标准溶液;定性滤纸若干; 四、实验步骤 1 取6个干洁的具塞锥形瓶并编号，用电子天平准确称量2. 0g活性炭分别倒入锥形瓶。 -1HAc和然后按表1-1分别用酸式滴定管和碱式滴定管加入0.4mol?L蒸馏水，并立即用塞子盖上，置于25?恒温振荡器中振荡1小时。 2 滤去活性炭，用锥形瓶接收滤液。如果锥形瓶内有水，可用初滤液10mL分两次洗涤弃去。 3 按下表要求，从相应锥形瓶中用移液管取规定体积的样液，以酚酞作指示剂，用 -1的标准N0.1000 mol?LaOH滴定两次，碱量平均值记录在表中。 物理化学实验报告 五、实验数据及其结果 1、将实验数据记录在下表中。 2、计算吸附前醋酸的初始浓度和吸附平衡时的浓度。并根据下面公式计算平衡cc0 x吸附量: m
第五节 表面活性剂在固液界面上的吸附
第五节表面活性剂在固/液界面上的吸附 一、表面活性剂在固/液界面吸附的机理 在浓度不大的水溶液中，一般认为表面活性剂在固体表面的吸附是以单个表面活性剂的离子或分子进行的。吸附可能以下述一些方式进行。 (一)离子交换吸附 吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性剂的离子取代。 （二）离子对吸附 表面活性剂离子吸附于具有相反电荷的、未被离子所占据的固体表面位置上。 （三）氢键形成吸附 表面活性剂分子或离子与固体表面极性基团形成氢键而吸附。 (四)π电子极化吸附 吸附质分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互吸引而发生吸附。 （五）London引力（色散力）吸附
吸附作用随吸附质分子增大而增加，而且在任何场合皆发生。所有吸附类型中皆存在，可作为其它吸附的补充。此种吸附机理可以说明表面活性剂离子在离子交换吸附中取代同电性无机离子的原因。 （六）憎水作用吸附 表面活性剂亲油基在水介质中易于相互联结形成“憎水链”，具有逃离水的趋势，当浓度增大到一定程度时，有可能与吸附在表面的其它表面活性剂分子聚集而吸附，或以聚集状态吸附于表面。 二、表面活性剂溶液的吸附等温线 表面活性剂在固体表面上的吸附等温线有以下三种： （一）Langmuir 型吸附等温线 例如表面活性剂C 16H 33 N(CH 3 ) 3 Br在炭黑上的吸附，如图9-12。 平衡浓度/m mol/L 图9-12 C 16H 33 N（CH 3 ） 3 Br在炭黑上的吸附 可用Langmuir公式表示：（9-12）
式中，n 2S ——表面活性剂在固体表面吸附量；n m S ——表面单分子饱和吸附量； a ——常数；C ——表面活性剂溶液浓度。 将（9-12）式直线化得： （9-13） 或将（9-12）式变为： （9-14） 根据（9-13）式以1/n 2S 对1/C 作图，直线斜率=a/n m S ，截距=1/n m S ，可求得n m S 和a 值。同理根据（9-14）式以C/n 2S 对C 作图可求出n m S 和a 值。 （二）“台阶”型吸附等温线 例如表面活性剂在氧化铝表面上的吸附量呈台阶型吸附等温线，如图9-14。 平衡浓度/m mol/L 图9-13 表面活性剂在氧化铝上的吸附 （三）S 型吸附等温线 吸附等温线是由三部分组成如图9-14。第一区域：是十二烷基磺酸阴离子和用来调节离子强度的氯化钠的氯离子进行竞争吸附。产生吸附的地方是氧化铝粒子周围的双电层的扩散层部分。因此在这个区域中ζ电位的变化几乎看不出来。同时这种吸附只是离子交换，所以吸附等温线的斜率也近似等于1。
第五章 固液界面
第五章固-液界面 要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel 对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel 理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。 §5.1 Young方程和接触角 1、固体表面的润湿 固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。 根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示三种情况。 三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。 σ和平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力 lg σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。 液固界面张力 ls
接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。一般分下面三种情况： （1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象； （2）θ= 90o 时：中等，无现象； （3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。 3、Young 方程 如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有： 0cos lg =-+sg ls σθσσ θ σσσc o s lg +=ls sg （5-1） 上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。 §5.2 粘附功和内聚能 设有α，β两相，其相界面张力为αβσ，如图5-3所示，在外力作用下分离 为 独立的α，β两相，表面张力分别为βασσ，。在这一过程中，外界所作的功为a W ： αββασσσ-+=a W （5-2） a W 是将结合在一起的两相分离成独立的两相外界所作的功，叫粘附功。 若将均相物质分离成两部分，产生两个新界面，如图5-4所示，则上式中，
固液界面上发生的化学反应与化学吸附的区别
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 固液界面上发生的化学反应与化学吸附的区别 浮选过程中所发生的界面现象十分复杂，除了物理吸附、润湿现象、吸 附现象、电现象外，在矿粒表面及矿浆内部还发生各种化学吸附和化学反应。 如何区别化学反应与化学吸附呢？由于固体和液体间的化学反应先从矿粒表面 开始，所以可以认为，表面吸附是化学反应的前提，化学反应是化学吸附的继 续，但化学吸附与化学反应的作用力都是化学键。化学吸附在药剂浓度较低时 发生，而且吸附后不形成新的化合物，不破坏固相原来的晶格。而化学反应一 般在药剂浓度较高时才能发生，并往往破坏固相表面原来的晶格，产生晶格质 点重排的现象。如硫离子S2-在白铅矿表面发生的化学反应：界面界面PbCO3]PbCO3+S2-→PbCO3]PbS↓+CO22-内部表面内部表面（反应后）在白铅矿表面生成PbS 的薄膜，是由于S2-浓度和Pb2+浓度的乘积大于PbS 在 水中的溶度积之故。反应中，开始生成的PbS 的表面化合物极薄，后来白铅矿 表面附近晶格中的CO32-继续被S2-置换，逐渐形成有一定厚度的PbS 薄膜。 此时，白铅矿的晶格被破坏，产生了硫化铅的新晶格。当然，药剂在矿物表 面作用的形式很多，在不同条件下，有着不同的作用形式。例如，油酸与铁矿 物的作用，如果药剂的浓度低，当pH 值又有利于药剂解离成离子时，则发生 单个粒子吸附，否则发生分子吸附。药剂的浓度高时，发生半胶束吸附。由于 矿粒表面的不均匀性，在表面不同部位的残留键力也有较大差别。化学吸附一 般多在化学性质活泼的活性中心发生，因此，药剂在矿物表面上的吸附其分布 往往是不均匀的。药剂在矿粒表面的作用往往有不同称谓，例如黄药阴离子 在方铅矿表面吸附，可称为化学吸附，离子吸附或单层吸附，有时亦称为化学 反应。在有的情况下，只能发生化学吸附，而不能进行化学反应。例如，将 硫酸钡置于稀的月桂酸钠溶液中，由于月桂酸钡比硫酸钡更容易溶解，事实上
气体在固体上的吸附
气体在固体上的吸附 【摘要】据统计，世界上85%的化学制品要依靠催化反应制得，而催化与吸附关系密切，其中固体表面的吸附是多相催化的必经步骤，应用的最为广泛的是气固相的催化作用。笔者在本文中运用严谨的数学逻辑推理方法，论证中通过归纳、比较，指出吸附对于催化的重要意义，着力于BET公式的理论推导，同时进行了大量的理论上的证明与阐述，论述了气固相的吸附及其规律性。 气休在固体表面吸附的等温式通常可由动力学、热力学或统计力学等传统方法[1] 导出。但通常都只针对具体模型作推导, 而很少对方 法作较完整的论述。本文运用热力学方法, 在引人吸附相物质化学位表示式的基础上, 依据吸附平衡条件推导了各种典型的吸附等温式。 【关键词】催化；吸附；多分子层吸附；吸附热；吸附量；吸附表面；BET 公式。 吸附表面相模型 被吸附在固体表面的气体分子的动能小于固体表面吸附中心位阱时, 气体 分子在固体表面不能自由移动, 吸附呈定域形式。气体分子动能大于固体表面吸附中心位阱时, 气体分子在固体表面可以移动, 吸附呈离域形式[2]。1．单层定域吸附表面相模型具有N t个吸附中心的固体表面单层定域吸附了N t个气体分子, 且每个气体分子只占据一个吸附中心时, 吸附表面相由(Na 一N1)个空白中心和N l个结合在吸附中心上的吸附态分子的混合物构成, 混合物中粒子总数为N t。
2. 单层离域吸附表面相模型[3]具有Na 个吸附中心的固体表面单层离域吸附了N 1个气体分子而形成的吸附表面相由N 0个吸附中心和N : 个吸附态分子的混合物构成, 混合物中粒了总数为(N+ N 1 )。 3.多层吸附表面相模型 发生n 层吸附形成的吸附表面相是在发生了(n 一1) 层吸附而形成的表面上进一步发生单层吸附而得的吸附表面相. 当吸附中心在固体表面的分布是均匀的, 且被吸附了的分子之间无相互作用时, 空白中心与吸附态分子之间的混合是理想的。 吸附等温式 https://www.360docs.net/doc/4313149881.html,ngmuir 吸附等温式 根据Langmuir 假定[4]，气体在固体表面发生单层定域吸附。吸附中心的分布是均匀的。被吸附了的气体分子间无相互作用. 由上述吸附表面相模型可得吸附表面相的GibbS 自由能 （1-1） 其中Ns —吸附中心总数; N 1—被吸附了的气体分子数; μs * —纯态空白中心化学位;μ1* — 纯态的结合在吸附中心上吸附态气体分子化学位, 显然, μs *和μ1 *可是指定压力下纯态的化学位, 故只是温度的函数。 吸附态气体分子化学位μ1为: 1 1 11111 1ln )(ln ln )()(1 N N N KT N N KT N N N KT N G s s s s s s PN T s -+-=+---=??=****μμμμμ （1-2） 设气体为理想的，则气体分子化学位μ为：θ θμμp p KT g g ln += （1-3） 其中P 是气体的分压。 吸附达到平衡时，应有μg =μ1。结合（1-2）和（1-3）得: s s s s s s N N KT N N N N KT N N N N Ns G 11111ln ln )()1(--++-=* *μμ
液-固及液-气(空气)界面现象
7.4 液-固及液-气（空气）界面现象 7.4.1润湿现象 7.4.1.1 接触角 液体对固体表面的润湿作用是界面现象的一个重要方面，它主要研究液体对固体表 面的亲合状况。例如水能润湿玻璃，但不能润石蜡。荷叶上的水珠可以自由滚动，说明水不能润湿荷叶。一般来说，若液体能润湿固体，则液体呈凸透镜状；若不能润湿，则呈椭球状，如图。液体对固体的润湿的程度可用接触角来衡量。所谓接触角就是固-液界面经液相到气-液界面所转过的角度。接触角越小，润湿越好。一般以θ=90°为分界线。θ＜90°，为能润湿；θ=0°为完全润湿。θ＞90°，为不润湿；θ=180°，为完全不润湿。 现在我们导出接触角与界面张力之间的关系。点O 的液体受到三个表面张力的作用：s g -σ力图将点O 的液体拉向左方，以覆盖气-固界面，使气-固界面缩小；s l -σ力 图将点O 的液体向右拉，以缩小液-固界面； l g -σ力图将点O 的液体沿切线方向向上拉，以缩小液-气界面。在固体为光滑平面的情况下，润湿平衡时，有 s g -σ=s l -σ+l g -σθcos 或 （1） 式（1）就是表示界面张力和接触角关系的杨氏（Yong ）方程。因θcos ≤1，所以 l g s l s g ----σσσ≤1 或 s l s g ---σσ ≤l g -σ 或 （2）
所以由下面的公式和图形可得上图。 l g s l s g ----= σσσθcos 所以完全润湿的条件为 s l s g ---σσ＞l g -σ 即 （3） 完全不润湿的条件为 s l s g ---σσ＜-l g -σ 即 （4） 7.4.1.2 粘附功、内聚功、浸湿功和铺展系数 恒温恒压可逆条件下，将气-液和气-固界面转变为液-固界面，如果各界面都是单位面积时，该过程吉布斯自由能的变化是 G ?=l g s g s l -----σσσ= W a （5） W a 叫粘附功（work of adhesion ）。W a 越负，液体越易润湿固体。式（5）中的s l -σ和s g -σ较难测定，但可由式（1）l g s l s g ----=σσσθcos 将其消去： W a ＝－l g -σθcos －l g -σ＝－l g -σ（1+θcos ） （6） 由式（6）可测量W a 。如果ΔG ＞0，即 s l -σ＞l g s g --+σσ （7） 则液体不能润湿固体。式（7）就是式（4）。如果把上面的固体改成液体，则 s l s g --l g - l g -润湿 不润湿 完全不润湿 完全润湿 0 2π π θ→ cos θ
第五章固液界面-课件
第五章固－液界面5.1 润湿作用（4学时） 5.1.1 润湿过程 5.1.2 接触角与润湿方程 5.1.3 接触角的测量 5.1.4 影响接触角的因素 5.1.5 表面活性剂对润湿的影响 5.2 固液界面的吸附作用（4学时） 5.2.1 固液界面吸附的特点 5.2.2 自浓溶液中的吸附 5.2.3 自稀溶液中的吸附 5.2.4 自电解质溶液中的吸附 5.3 大分子的吸附（1学时） 5.3.1 吸附等温式 5.3.2 生物大分子和聚合物的吸附 5.4 表面活性剂在固液界面上的吸附（1学时）
5.1 润湿作用 5.1.1 液体在固体表面的润湿作用 润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。润湿过程可分为三类： 沾湿（adhesion） 浸湿（immersions） 铺展（spreading ） （1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程 Wa = γlg +γsg - γsl Wa : 粘附功>0 自发 （2）浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。-?G = γsg - γsl = Wt Wt: 浸润功>0 自发 （3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。 铺展系数S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 时自发
小结： （1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化 （2）对比三者发生的条件 沾湿： Wa = γlg +γsg - γsl≥ 0 浸湿： γsg - γsl ≥ 0 铺展： S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 （3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。 5.1.2 接触角与润湿方程 将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。 Yang 方程： γsg - γsl ＝ γlgcosθ Wa = γlg(cosθ + 1) ≥ 0 θ≤ 180 沾湿 A = Wt = γlgcosθ ≥ 0 θ≤ 90 浸湿 S = γlg(cosθ -1) = 0 θ= 0 铺展 习惯上将θ =90° 定义润湿与否标准 5.1.3 接触角的测量 （一）角度测量法（量角法） (1) 切线法 (2) 斜板法 γLG θ γSG γSL
界面吸附
界面吸附在污水处理方面的应用 界面是指凝聚相与其他相间的交界面。界面上的分子与体相内部的分子所处的环境不同，分子间的相互作用也不相同。以气液界面为例，液 体内部的分子，周围分子对它的作用力是相等的，彼此可以相互抵消，分子所受合力为零。处于表面层位置的分子，周围分子作用力范围上部在气相中，下部在液相申。由于气相分子密度和相互作用比液相小得多，所以界面分子受到的合力不等于零，而是指向液体内部。一般地说，界面上的分子受到一个垂直于界面、指向体相内部的合力，使其有被拉人体相内部的倾向。这种倾向在宏观上表现出有一个与界面平行，并力图使界面收缩的张力。单位长度上的张力称为界面张力，用符号σ表示，单位N/m。习惯上将气液、气固界面张力称为该液体和固体的表面张力。任何界面都不是一个单纯的几何面而是两体相间的过渡区域，一般有几个分子的厚度，称为界面相。 通常热力学讨论的体系往往忽略界面部分，而界面热力学研究的着眼点恰恰是界面，因此选定的热力学体系应是由界面相和相邻两体相构成的不均匀的多相体系。 近年来，环保科学工作者对农林废弃物的研究利用越来越多。大量研究表明，锯末无论是否经过预处理对重金属的去除均有显著的效果。它具有以下特性：(1)成本低，可回收重金属和能量；(2)细胞的毛细管结构使其具有高的表面积(多孔性)；(3)有较高化学活性，易产生吸附高浓度的金属离子的活性基团，更容易化学改性；(4)比纤维材料更加容易交联，不易溶于水。我国农林废弃物资源十分丰富，应用天然及改性锯末开发废水处理新材料。无疑是解决我国废水处理的一条可行之路。目前研究多用农林废弃锯末如橡胶树、芒果树、枫树和松树等锯末以及家具厂的剩余锯末。笔者介绍了锯末处理不同类型重金属废水的研究现状，讨论了不同方法的应用。分析了锯末的吸附机理和影响因素。 S．Larous等研究了用未经预处理的家具厂剩余木屑处理含铜废水的吸附等温线。分析了锯末投加量、含铜水溶液浓度、接触时间、搅拌速度、溶液pH、