固液界面的吸附
胶体化学第7章-2 固液界面的吸附作用
对稀溶液，Gibbs等温式可写作
c n RT c S
S :固体的比表面
将（１）式代入求导
Sc ( 0 m ) dn n s RT n dc
s 2
s 2
作不定积分
n RT ln n ln c ln a ( 0 m )S
s 2
s
set
n s RT 1 ( 0 m )S n
n ac
s 2
1
n
加而直线降低的关系导出的 关系式，只适用于中等覆盖度的化学吸附或物理 吸附。
1 =n / n ln Ac a s n2 k1 k2 ln c
s 2 s m
四、自电解质溶液中的吸附
1. 固体表面与介质在液体介质中带电
a.表面基团解离 b.吸附带电 c.非水介质中的带电... 为了保持荷电固体和介质的电中性，介质中的 与固体表面电荷符号相反的离子必将靠近表面 形成双电层（double layer）。
四、自电解质溶液中的吸附
2 双电层
Stern面
滑动面
－ － 溶剂分子 － 反离子 － －
表面电势
φ0
Stern电势
φδ
ζ
＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－
－
紧密层（Stern层）
扩散层
例：AgNO3＋过量KCl →AgCl（晶体）＋K+＋Cl-＋NO3-
①Cl-可在AgCl晶体上吸附成牢固的化学结合
b 结构影响 ： 碳自水溶液中吸附量 在水中的溶解度
（2）溶剂影响
溶剂/溶质作用强烈，溶解度上升，吸附量降低 溶剂/吸附剂作用强烈，竞争吸附，吸附量降低
（3）吸附剂影响
水质工程学——第8章 吸附
外部扩 散速度
与吸附剂的比表面积的大小成正比 吸附剂颗粒直径越小，速度越快 增加溶液与颗粒间的相对运动速度， 加强搅动
孔隙扩 散速度
吸附剂颗粒越小，速度越快
四、 吸附的影响因素
1.吸附剂
吸附剂的种类
颗粒大小 比表面积
颗粒的细孔构造与分布
吸附剂是否是极性分子
2.吸附质的性质
溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响 表面自由能：使液体表面自由能W降低得越多的吸附质 则越容易被吸附 极性 极性吸附剂易吸附极性的吸附质。 非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质（物以类聚） 吸附质分子的大小和不饱和度 活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物 合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物 吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量 以后C↑，q增加很小，直至为一定值。
第八章 吸 附
吸附性能与吸附过程 吸附等温线 吸附速度 吸附的影响因素 吸附操作方式
一、吸附性能与吸附过程
吸附
固 液 界 面 上 的 吸 附 — 在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓 集的现象。
具有吸附能力的多孔性固体物质。 吸附剂 主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅 藻土、焦炭、木炭等。
吸附质
水中被吸附的物质。
可以根据吸附容量的计算公式来求吸附质由浓度C0降到Ce
所需要投加吸附剂的量。
静态吸附试验只能提供初步的可行性数据，不能模拟动态
吸附柱系统，也不能反映竞争吸附。
三、吸附速度
1.概念
v q/t
单位：g /( g min)
吸附速度v决定了水和吸附剂的接触时间，v越大， 则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。
V (C0 Ce ) q W
式中：V—水样容积，(L) W—吸附剂（活性炭）投量，g C0—水中吸附质浓度(g/L) Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 (g/L) —平衡浓度
固液界面上的吸附实验报告
固液界面上的吸附实验报告实验报告：固液界面上的吸附实验摘要：本实验通过在固液界面上添加阳离子合金作为吸附剂，对水中的阴离子络合物进行吸附实验。
研究发现，合金的添加可以提高水中阴离子络合物的去除效率，并且该效果随着吸附剂的浓度的增加而增强。
同时，本实验还研究了吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律。
结果显示，吸附动力学方程可以较好地解释吸附的动力学过程，而吸附异构体的变化与吸附剂的浓度和水体性质密切相关。
引言：水体中的阴离子络合物对水资源的污染和环境的破坏有着重要的影响。
如何高效地去除水中的阴离子络合物是环境保护领域的一个热点问题。
其中，吸附法是一种高效、经济、环保的水处理方法。
过去的研究表明，合金等吸附剂在水中可以与阴离子络合物发生吸附作用。
实验装置：本次实验使用实验装置包括：α-ζ电位电解器、流速计、电子秤、pH计、离子色谱仪和定量分析器等。
实验流程：1. 收集水样并进行初步处理；2. 调整实验环境，并将阳离子合金分别添加到水中；3. 测量实验前后水体中阴离子络合物的浓度，并计算去除效率；4. 测定吸附剂浓度、吸附时间等参数，并通过吸附动力学方程进行拟合；5. 分析吸附剂的异构体变化规律。
实验结果：1. 吸附剂的添加可以提高阴离子络合物的去除效率，并呈现出浓度依存性增强的趋势；2. 吸附动力学方程可以较好地解释吸附过程的动力学机制；3. 吸附异构体的变化规律与吸附剂浓度和水体性质密切相关。
讨论：本实验验证了阳离子合金可作为水处理的一种有效吸附剂，具有吸附效率高和去除效果好的特点。
同时，吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律可以深入研究吸附剂与水体中阴离子络合物之间相互作用的机理，为设计和制造更高效的吸附剂提供了理论支持。
结论：本实验使用阳离子合金作为吸附剂，在水中对阴离子络合物进行吸附实验。
结果发现，在一定的实验条件下，阳离子合金具有较好的吸附效果，并且吸附效果随着吸附剂浓度的增加而增强。
同时，吸附动力学方程和吸附异构体的变化规律可以较好地解释吸附机理，为设计更高效的吸附剂提供理论支持。
固液界面的吸附
固液界面的吸附————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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 mx1=（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）mx ——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 nm x lg lg 1lg += (3) 以mxlg 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。
固液界面上的吸附实验报告
固液界面上的吸附实验报告固液界面上的吸附实验报告引言固液界面上的吸附现象是物理化学领域中的一个重要研究方向。
通过吸附实验，我们可以了解物质在固液界面上的吸附行为及其影响因素，从而为解决环境污染、材料制备等问题提供理论依据和实验指导。
本报告将介绍我们进行的一系列固液界面吸附实验及其结果。
实验一：吸附剂的选择与影响因素在第一组实验中，我们选择了不同类型的吸附剂，包括活性炭、硅胶和分子筛，并研究了不同因素对吸附效果的影响。
首先，我们对比了不同吸附剂在吸附有机染料溶液中的效果。
结果显示，活性炭对染料的吸附效果最好，其次是硅胶，而分子筛的吸附效果较差。
这可能是由于活性炭具有较大的比表面积和孔隙结构，有利于染料分子的吸附。
同时，我们还发现吸附剂的颗粒大小和形状对吸附效果也有一定影响，颗粒较小的吸附剂表现出更好的吸附性能。
其次，我们研究了溶液初始浓度、pH值和温度对吸附效果的影响。
实验结果表明，随着溶液初始浓度的增加，吸附剂的吸附量也随之增加，但吸附速率却逐渐减慢。
pH值对吸附效果有显著影响，一般情况下，pH值越低，吸附效果越好。
温度的变化对吸附效果的影响较小，但在一定范围内，温度升高可以提高吸附速率。
实验二：吸附动力学与等温吸附模型在第二组实验中，我们研究了吸附动力学和等温吸附模型。
首先，我们进行了吸附动力学实验，通过测定吸附剂对染料的吸附量随时间的变化，得到了吸附速率常数。
结果显示，吸附速率常数随着初始浓度的增加而增大，但随着温度的升高而减小。
这与实验一的结果一致，说明吸附速率受到溶液浓度和温度的影响。
其次，我们使用了Freundlich和Langmuir等温吸附模型来描述吸附过程。
实验数据拟合结果显示，Freundlich模型适用于活性炭和硅胶的吸附过程，而Langmuir模型适用于分子筛的吸附过程。
这说明吸附剂的吸附机制可能有所不同，需要根据具体情况选择适合的模型。
实验三：吸附剂的再生与循环利用在第三组实验中，我们研究了吸附剂的再生与循环利用问题。
表面活性剂在固液界面的吸附作用
研究不足与展望
需要进一步研究多种表面活性剂的相互作用
目前的研究主要集中在单一表面活性剂在固液界面的吸附，而实际应用中常常涉及到多种表面活性剂的共存和相互作 用。因此，未来研究需要深入探讨多种表面活性剂在界面上的竞争吸附、协同作用和相互影响。
表面活性剂吸附与界面流变学的关联
虽然我们已对表面活性剂吸附对界面性质的影响有了一定了解，但界面流变学行为与表面活性剂吸附之间的具体关系 仍不明确。未来研究应关注这一领域，以更好地理解界面流变性质与微观结构之间的关系。
选择了几种常见的表面活性剂，如阴离子 型、阳离子型和非离子型。
制备了不同浓度的表面活性剂溶液，以便 观察浓度对吸附效果的影响。
实验设备
实验步骤
采用了原子力显微镜（AFM）和表面张力仪 等设备，以测量表面活性剂在固液界面上的 吸附情况。
先对实验材料进行预处理，然后将表面活 性剂溶液与固体表面接触一定时间，最后 对实验结果进行分析。
吸附热力学参数
通过热力学实验测定，包括表面张力、吸附量、吸附热等。
表面活性剂在固液界面的吸附动力学
吸附速率
表面活性剂在固液界面上的吸附速度取决于扩散和反 应动力学过程。
动力学模型
描述吸附速率的数学模型，如扩散模型、反应模型等。
影响因素
包括表面活性剂的性质、溶液浓度、温度和界面结构 等。
表面活性剂在固液界面的吸附模型
降低表面张力
表面活性剂在固液界面吸附后，可以 降低液体表面张力，有助于润湿、乳 化、发泡等过程。
增强分散稳定性
在固液分散体系中，表面活性剂吸附 在固体颗粒表面，形成保护膜，防止 颗粒聚集，提高分散稳定性。
提高固体表面的润湿性
通过固液界面吸附，表面活性剂能够 改变固体表面的润湿性，使其易于被 液体润湿。
固液界面化学反应机理
固液界面化学反应机理固液界面化学反应是指在固液界面上进行的化学反应。
它具有重要的应用价值，如在能源转换、环境控制、材料制备、生命科学等领域。
固液界面化学反应的机理包括吸附、表面化学、界面扩散、反应动力学等多个方面。
一、吸附过程在固液界面化学反应中，吸附过程是首先发生的。
吸附是指分子或离子与一种固体表面相互作用以形成一个化学吸附层的过程。
吸附现象对于固液界面化学反应机理的研究至关重要。
吸附过程可以通过浸润实验和吸附等温线来研究。
具体而言，浸润实验是通过将液体缓慢滴入固体表面，观察其润湿情况来确定吸附现象。
而吸附等温线则是通过测量在一定温度下吸附剂与固体表面吸附的平衡浓度，获得吸附等温线。
二、表面化学表面化学是指化学在分界面或界面区域中发生的各种化学反应。
此处的“化学反应”包括化学键的形成与断裂、化学吸附等等。
这些反应很大程度上影响了固液界面的性质。
表面化学方法可以通过表面活性剂和表面电荷密度的研究来表征，也可以通过X射线光电子能谱等技术来研究。
三、界面扩散界面扩散是指在固液界面上，溶液中的物质从液相向固相的扩散过程。
固液界面中存在着液相分子和固相分子间的接触，因而使得溶液中的物质向固相扩散。
界面扩散过程对于固液界面化学反应过程的影响非常明显，因此，在固液界面化学反应论文中几乎都会涉及界面扩散。
四、反应动力学反应动力学是指化学反应过程中，反应物消耗或生成的速度以及化学反应机制的研究。
在固液界面化学反应中，反应动力学是研究液-固反应过程速率的一个方面。
它的研究旨在了解物质扩散和反应速率的规律，提高反应速率和反应效率并探究化学反应的机理。
总之，固液界面化学反应机理的研究对于理解固液界面交互作用、提高反应速率和效率以及探究化学反应机理方面具有重要的实用价值。
在固液界面化学反应的研究中，需要系统的考虑吸附、表面化学、界面扩散和反应动力学等多个方面。
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 mx1=(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 ）mx ——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 nm x lg lg 1lg+= (3) 以mxlg 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。
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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 L HAc 溶液， 0.1000 mol L NaOH 标准溶液，酚酞指示剂。
x 1 对 lg c 作图，可得一条直线，直线的斜率等于 ，截距等于 lg k ，由此可求得 n 和 m n
x 1 lg C lg k m n
(3)
（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+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。
1 1
(1)
x kC n m
1
x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol） x 1 ——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 ）
1
。将式（2）取对数，得 k、n——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）
lg
以 lg k。
1
1.0
5.00
10.00
10.00
25.00
25.00
25.00
19．30
18． 86
9.17
12．78
6.62
1.3
0.358 ）
0.177
0.068
0.049
0.024
0.005
x mol g 1 m
0.0019 2 -0.434
0.00061 8 -0.752
0.00018
0.00008 2 -1.31
实验四
一．实验目的
1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。
固液界面上的吸附
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（C0-C）/m 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 L ） C0——被吸附物质的初始浓度（ mol L ） V——所用溶液的总体积（L） 在 V 、C0 、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= (2) 式中：m——吸附剂的质量（g）
0.03
lg C
-0.98
lg
x m
-2.27
-3.21
-3.74
-4.10
-4.53
-4.86
2. 绘制
x 对 C 的吸附等温线。 m
3. 以 lg
x 对 lg c 作图，从所得直线的斜率和截距，计算经验常数 n 和 k。 m
直线的斜率等于
1 ，截距等于 lg k ,所以由此可求得 n=2.8711 和 k=0.00207。 n
六、注意事项
1. 操作过程中应尽量加塞瓶盖，以防醋酸挥发。 2. 吸附量和活性炭的含水量、溶液的极性、溶质的溶解度以及温度有关，所以称量活性炭 时要快速，称完放回干燥器中，尽量减少活性炭暴露在空气中的时间 3. 活性炭吸附醋酸是可逆吸附，使用过的活性炭，用蒸馏水浸泡数次，烘干后可重复使用。 4. 实验准确度与活性炭的称量、平衡取样量的称量、温度、压强、醋酸和氢氧化钠的配制 有关。
5. 取液用的移液管规格有 50ml、25 ml、10 ml、5 ml，分别贴有醋酸和蒸馏水的标签，不要 混用。
七、思考题 1. 固体吸附剂的吸附量大小与哪些因素有关？
答：1)吸附过程的温度和被吸组分的分压力. 2)气体(或液体)的流速.流速越高,吸附效果越差. 3)吸附剂的再生完善程度.再生解吸越彻底,吸附容量就越大,反之越小. 4)吸附剂厚度.因为吸附过程是分层进行的,故与吸附剂层厚度(吸附区长度)有关.
NaOH 浓度 4 5
0.100
mol L1
6
HA 80.00 40.00 20.00 12.00 6.40 3.20
0.00
40.00
60.00
68.00
73.60
76.80
0. 4
0.2
0.1
0.0 60 32
0.0 16
0.0
）
加入活性炭量 m （ g） 平衡取样量 V （mL） Na0H 消耗量 （mL） HAc 平衡浓度 C （mol·L
1 1
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 0.4 mol L 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。
2. 为了提高实验的准确度应该注意哪些操作？
答：表面活性剂在固液界面吸附比气液界面吸附复杂得多。 气液界面吸附只涉及表面活性剂分子与溶剂分子的相互作用， 固液界面吸附涉及表面活 1、 性剂分子、溶剂分子、固体表面分子三者的相互作用。 2、气液界面吸附等温线为 Langmuir 吸附等温线。固液界面吸附等温线有 L 型、S 型、L－S 型三类。 3、气液界面吸附一般为单层吸附，吸附等温式为 Langmuir 方程。固液界面吸附模型一般 使用两阶段吸附模型，吸附等温式得复杂（见图） 。 4、固液界面吸附要达到吸附平衡的时间较气液界面吸附要长。
1
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） 式计算吸附量一同填入表.
表 活性炭对醋酸的吸附 温度 序号 0.4mol.·L c (mL) 蒸馏水 （mL） HAc 初浓度 C0 （mol·L
1 1
25 ℃ 1
大气压 1.01*10^5 pa 2 3