吸附热力学-吸附及吸附过程
吸附热力学-吸附及吸附过程
其他实验技术
热力学参数测量
通过测量吸附过程中的热力学参数，如吸附热、焓变、熵变等，来研究吸附过程的热力学性质。这些参数可以提 供关于吸附剂和吸附质之间相互作用的重要信息。
微观结构表征
利用现代分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等，对吸附剂 和吸附后的表面进行微观结构表征。这些技术可以揭示吸附剂和吸附质之间的相互作用机制以及吸附过程的本质 。
动态法研究吸附过程
流动法
在一定的温度和压力下，使气体或液体以一定的流速流过吸 附剂，通过测量流出物中吸附质的浓度变化来研究吸附过程 。这种方法可以模拟实际工业过程中的动态吸附现象。
色谱法
利用色谱技术对混合气体或液体进行分离，并通过检测器测 量各组分的浓度变化来研究吸附过程。色谱法具有高灵敏度 、高分辨率和高效率等优点，适用于复杂体系的吸附研究。
动态法研究吸附过程
流动法
在一定的温度和压力下，使气体或液体以一定的流速流过吸 附剂，通过测量流出物中吸附质的浓度变化来研究吸附过程 。这种方法可以模拟实际工业过程中的动态吸附现象。
色谱法
利用色谱技术对混合气体或液体进行分离，并通过检测器测 量各组分的浓度变化来研究吸附过程。色谱法具有高灵敏度 、高分辨率和高效率等优点，适用于复杂体系的吸附研究。
基于经验公式描述多分子层吸附，适用于不均匀表面的吸附过程，但参数缺乏明确的物 理意义。
Freundlich-Temkin模型
引入线性关系描述吸附热与覆盖度之间的关系，改进了Freundlich模型的局限性。
Dubinin-Radushkevich模型
基于微孔填充理论，适用于描述微孔吸附剂的吸附行为，可计算吸附过程的平均自由能 变化。
吸附技术知识点总结
吸附技术知识点总结一、概述吸附技术是一种物理或化学过程，通过在固体表面或孔隙中吸附气体、液体或溶质来分离或提纯物质的方法。
吸附技术具有高效、节能、环保、易操作、低成本等优点，在化工、环保、能源、医药等领域得到了广泛应用。
吸附技术可分为气体吸附和液体吸附两种类型，其中气体吸附主要用于气体分离和净化，液体吸附主要用于溶剂回收和废水处理。
二、吸附过程的基本原理吸附过程是指物质在固体表面或孔隙中附着的过程，其基本原理可归结为几种主要机制：1. 物理吸附：也称范德华吸附，是指气体或液体分子在固体表面附着的一种物理现象。
其特点是吸附力弱，吸附物质易脱附。
物理吸附是一种可逆过程，通常在低温和高真空条件下发生。
2. 化学吸附：指气体或液体分子在固体表面形成化学键而附着的过程。
其特点是吸附力强，吸附物质难脱附。
化学吸附是一种不可逆过程，通常发生在较高温度和压力条件下。
3. 吸附热力学：吸附过程的热力学基础是吉布斯自由能的变化，吸附热力学理论可用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附行为，包括吸附等温线、吸附等压线等。
4. 吸附动力学：吸附过程的动力学基础是质量传递、传质速率、平衡时间等，用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附速率和平衡时间等动态过程。
三、气体吸附技术气体吸附技术是指利用固体吸附剂吸附气体分子的方法，常用于气体分离和净化领域。
1. 吸附剂的选择：气体吸附剂通常为多孔性固体，如活性炭、分子筛、铝土矿、氧化铝、硅胶等。
根据吸附剂的孔径、比表面积、孔隙分布等特性选择适合的吸附剂。
2. 吸附分离：气体吸附分离常用于分离气体混合物，如氧气/氮气、二氧化碳/甲烷等。
通常利用吸附剂在一定温度、压力下对气体混合物进行吸附分离，根据各气体在吸附剂上的吸附力差异实现气体分离。
3. 吸附净化：气体吸附净化常用于去除气体中的有害成分，如有机物、硫化物、氮氧化物等。
通常利用吸附剂对气体中的有害成分进行吸附，实现气体净化和净化剂再生。
气相色谱吸附过程的热力学函数变化及规律探讨i.某些直链烷和醇在porapak上的吸附
气相色谱吸附过程的热力学函数变化及规律探讨i.某些直链烷和醇在porapak上的吸附气相色谱是一种常用的分离技术，其中吸附是其关键步骤之一。
针对某些直链烷和醇在porapak 上的吸附过程，其热力学函数变化及规律如下：1. 熵变：熵减是吸附过程中最主要的热力学函数变化，因为吸附将分子从气态转移到了固态或液态，使得系统的自由度减小，因此熵减是不可避免的。
2. 焓变：焓变与熵变密切相关，吸附过程需要克服分子间的相互作用力，因此也会产生一定的焓变化。
但一般来说，焓变比熵变小得多，因为分子间的相互作用力较弱。
3. 自由能变化：自由能变化ΔG=ΔH-TΔS是衡量吸附是否有利的重要指标。
在绝大多数情况下，气态分子吸附到porapak表面上是有利的，因为ΔG<0。
对于某些直链烷和醇在porapak上的吸附的热力学函数变化及规律的探讨：1. 吸附热：直链烷和醇在porapak上的吸附热可能会随着链长的增加而增加。
这是因为较长的链长通常会增加分子与吸附剂之间的相互作用力，从而增加吸附热。
2. 吸附焓：吸附焓是吸附过程中释放或吸收的热量。
对于直链烷和醇在porapak上的吸附，吸附焓可能会随着分子的极性增加而增加。
这是因为较极性的分子通常会与porapak表面的极性位点形成更强的相互作用，从而释放更多的热量。
3. 吸附熵：吸附熵是吸附过程中的无序度变化。
对于直链烷和醇在porapak上的吸附，吸附熵通常会随着链长的增加而减小。
这是因为较长的链长会导致分子在吸附剂表面的取向更加有序，从而减小了吸附过程中的无序度。
以上规律只是一种可能的情况，具体的吸附行为还受到吸附剂的性质、温度、压力等因素的影响。
实际的研究需要通过实验和理论模拟等手段来深入探讨吸附过程中的热力学函数变化及规律。
吸附动力学和热力学各模型公式及特点
吸附动力学和热力学各模型公式及特点1. Langmuir模型：Langmuir模型是最常用的吸附动力学方程之一，它假设吸附物分子只能以单层方式吸附在吸附剂表面。
该模型的方程表示为：dθ/dt = k_ads * (θ_max - θ) * P其中，dθ/dt表示单位时间内吸附量的增加速率，θ表示已吸附的物质分数，θ_max是最大吸附容量，P是气体或溶液中的吸附物质分压或浓度，k_ads是吸附速率常数。
2. Freundlich模型：Freundlich模型是一个经验模型，适用于多层吸附过程。
该模型的方程表示为：q=k_f*C^(1/n)其中，q表示单位质量的吸附物质的吸附量，C是气体或溶液中的吸附物质浓度，k_f和n是实验参数。
3. Temkin模型：Temkin模型假设吸附位点之间存在相互作用，并且随着吸附量的增加，吸附能力会降低。
该模型的方程表示为：q = K * ln(A * P)其中，q表示单位质量的吸附物质的吸附量，P是吸附物质的分压或浓度，K和A是实验参数。
- Langmuir模型适用于单层吸附过程，Freundlich模型适用于多层吸附过程，而Temkin模型考虑了吸附位点之间的相互作用。
- Langmuir模型假设吸附过程是可逆的，而Freundlich模型和Temkin模型则没有这个假设。
-吸附动力学模型通常基于实验数据拟合得出，因此需要大量的实验数据支持。
-吸附动力学模型常用于工业催化剂和废水处理等领域，用于优化吸附过程和预测吸附性能。
吸附热力学模型：1. Gibbs吸附等温方程：Gibbs吸附等温方程描述了吸附过程中的吸附热效应，即吸附热与吸附度的关系。
方程表示为：ΔG = -RTlnK = -ΔH + TΔS其中，ΔG是自由能变化，ΔH是焓变化，T是温度，R是气体常数，K是吸附平衡常数，ΔS是熵变化。
2. Dubinin-Radushkevich方程：Dubinin-Radushkevich方程适用于描述吸附剂对非特异性吸附的情况。
吸附热力学
焓的导出虽借助于恒压过程，但不是说其它过程就 没有焓变。
由于许多化学反应都是在仅做体积功的恒压条件下 进行的，其化学反应的热效应 QP = △H，因此，在 化学热力学中，常常用△H 来直接表示恒压反应热 而很少用 Qp。
三、吸附热力学
• 由于吸附过程是自发的，根据前面可知： 吸附过程中自由能ΔG为负值。
• 吸附质的含量在经过吸附剂的吸收后变小，所以分子或离 子在过程中增加了有序度，即：ΔS为负值
• 根据吉布斯函数：G = H – TS
• 焓变ΔH必须小于零，也就是说吸附过程都是放热的过程
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
∆G= G1-G2 这时有三种情况：
∆G<0，自发过程，体系可发生从1到2的变化过 ∆G=0，体系处于平衡状态 ∆G=0，非自发过程，即可发生由状态2 到状态1的自动变化过程
~ 熵判据和吉布斯函数判据的比较 ~
熵判据
吉布斯函数判据
系统
孤立系统
封闭系统
过程
任何过程
等温、恒压、不做非体积功
自发变化的方向 熵值增大, ΔS > 0 吉布斯函数值减小, ΔG < 0
7、熵
熵 (entropy)
熵代表体系混乱度的大小，用 S 表示，单位是 J·K-1。
• 体系的混乱度越大，熵值越大。 • 熵是体系的状态函数，属广度性质，其大小也只取
决于体系的始态与终态，与变化途径无关。
熵变的计算
体系由始态变至终态时引起状态函数熵的变化值△S 为：
△S = S2 - S1 =
最新吸附动力学和热力学各模型公式及特点资料
最新吸附动力学和热力学各模型公式及特点资料吸附动力学和热力学是研究吸附过程的重要领域，关注吸附剂-吸附质系统之间的物质传递和能量传递。
本文将介绍最新的吸附动力学和热力学各模型公式及其特点。
一、吸附动力学模型吸附动力学模型用于描述吸附过程中吸附剂与吸附质之间物质传递的速率。
下面列举几种常见的吸附动力学模型。
1.线性吸附动力学模型（LDF）线性吸附动力学模型假设吸附速率与吸附剂和吸附质的浓度成正比。
其数学表达式为：Q(t)=k·C(t)其中，Q(t)是时间t内吸附质在吸附剂上的吸附量，k是吸附速率常数，C(t)是时间t内吸附质的浓度。
LDF模型的特点是简单直观，适用于低浓度吸附过程。
2.瞬态吸附动力学模型（TDF）瞬态吸附动力学模型考虑了吸附速率与时间变化的关系。
常见的TDF 模型有多项式、指数和幂函数模型。
其中，多项式模型基于多项式函数拟合吸附数据，指数模型假设吸附速率与时间的指数函数相关，幂函数模型假设吸附速率与时间的幂函数相关。
这些模型的特点是灵活性强，适用于各种吸附过程。
3.准二级吸附动力学模型（PAC）准二级吸附动力学模型是一种常用的描述吸附过程的模型。
该模型考虑了表面吸附位点的饱和效应和解离效应。
准二级吸附动力学模型的数学表达式为：Q(t)=(k·C₀)/(1+k'·C₀·t)其中，Q(t)是时间t内吸附质在吸附剂上的吸附量，C₀是初始浓度，k和k'是吸附速率常数。
PAC模型的特点是与实际吸附过程拟合效果较好。
二、吸附热力学模型吸附热力学模型用于描述吸附过程中吸附剂和吸附质之间能量传递的情况。
下面介绍几种常见的吸附热力学模型。
1. Langmuir吸附热力学模型Langmuir吸附热力学模型是最简单的吸附热力学模型之一，假设吸附位点只能容纳一层吸附质。
其数学表达式为：θ=K·C/(1+K·C)其中，θ是吸附度，K是平衡常数，C是吸附质浓度。
吸附分离技术讲解
2.5 吸附动力学
1. 吸附传质过程的三个阶段
第一阶段 是吸附质通过吸附剂颗粒周围的液膜到颗粒的 表面，称为外部传递过程或外扩散（膜扩散）。
第二阶段 是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，称为 孔内部传递过程或内扩散。
第三阶段 为溶质在吸附剂内表面上发生吸附。
2.6 影响吸附的因素
吸附质的性质： 溶解度、极性等
另一类吸附过程是化学吸附，以化学键结合,一般为 不可逆过程，工业应用少，分析化学中有。
例:巯基棉吸附、黄原酯棉吸附
1、巯基棉吸附：
利用巯基乙酸与棉花纤维上的羟基的酯化反应， 将巯基接到纤维素大分子上。利用巯基与不同元素 离子的反应进行分离富集。
2、黄原酯棉
脱酯棉与氢氧化钠作用生成碱纤维，再与二硫化 碳进行酯化反应，把黄原酸基团固定在棉纤维上。 利用黄原酸基团的作用进行分离富集。
吸附等温线是描述吸附平衡行为的基本工具，可 用于比较吸附剂的基本吸附性能。由于吸附机理在很 大程度上决定了吸附等温线的形状，因而对吸附等温 线分类有助于诊断吸附过程。
曲线的形状反映吸附的难易，低浓度下曲线向 下弯，如I、II、IV的初始表示分子容易被吸附； 如不易被吸附则向上弯，如III、V。
浓度增大曲线往上斜，如IV，表示吸附由单分子 层开始向多分子层进行。
二、吸附的基本理论
2.1 吸附过程 固体吸附剂与流动相接触，流动相中的一种或多种
溶质向固体颗粒表面选择性传递，被吸附和积累于 固体吸附剂微孔表面的过程。 吸附分离原理大体可分为以下四种类型:
①表面选择性吸附:范德华力 ②分子筛效应:多孔固体中的微孔孔径均一，与 分子尺寸相当。尺寸小于孔径的分子可以进入而被 吸附,比孔径大的分子则被排斥在外。 ③通过微孔的扩散: 利用扩散速率的差别分离。 ④微孔中的凝聚: 多孔固体周围的可凝气体在 与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。 表面吸附是基本的,其它是伴随发生.
吸附热效应
吸附热效应：热力学中的微小变化引发巨大影响导言：吸附热效应是研究吸附过程中的热力学特性的重要方面。
在吸附过程中，吸附物质与吸附剂之间的相互作用产生微小的能量变化，然而这种微小变化却能够引发巨大的影响。
本文将探讨吸附热效应的原理、影响因素以及在吸附系统设计和应用中的重要性。
吸附热效应是指在吸附过程中，吸附物质与吸附剂之间的相互作用所引起的热量变化。
根据吸附过程中能量的变化情况，吸附热效应可以分为吸热吸附和放热吸附两种情况。
1.吸热吸附：在吸热吸附过程中，吸附物质从周围环境吸收热量，使得吸附物质的内能增加。
这种吸热反应通常发生在吸附物质与吸附剂之间的相互吸引力较强的情况下。
吸热吸附对于一些气体吸附剂系统具有重要意义，例如在气体分离和储存等领域的应用中。
2.放热吸附：放热吸附是指吸附过程中吸附物质向周围环境释放热量，使得吸附物质的内能减少。
这种放热反应通常发生在吸附物质与吸附剂之间的相互吸引力较弱的情况下。
放热吸附在一些催化剂和吸附冷却等领域的应用中起着重要的作用。
吸附热效应的大小取决于多种因素，其中包括吸附物质与吸附剂之间的相互作用力强度、吸附剂的性质、温度等。
当吸附物质与吸附剂之间的相互作用力较强时，吸附热效应通常较大。
相反，当相互作用力较弱时，吸附热效应较小。
吸附热效应在吸附系统的设计和应用中具有重要的意义。
首先，了解和控制吸附热效应可以帮助我们优化吸附系统的设计，提高吸附效率。
其次，吸附热效应的研究可以帮助我们理解吸附过程的热力学特性，从而推动吸附技术的发展和应用。
最后，吸附热效应在一些领域的应用，例如催化剂和气体分离等方面，具有重要的实际意义。
吸附热效应是研究吸附过程中的热力学特性的重要方面。
吸附热效应的大小取决于吸附物质与吸附剂之间的相互作用力强度，吸附剂的性质以及温度等因素。
了解和控制吸附热效应对于优化吸附系统的设计和提高吸附效率具有重要意义。
吸附热效应的研究也有助于推动吸附技术的发展和应用，特别是在催化剂和气体分离等领域。
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2019/10/26
吸附过程及应用
6
(3) 吸附等量线
物理吸附的等量线
1.2 吸附热力学
p
q1 q2 q3
图 7-19 变压吸附循环操作原理
q1 >q2 > q3
T
物理吸附的等量线
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吸附过程及应用
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(4) 吸附等温方 程1）Henry吸附式
1.2 吸附热力学
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。
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吸附过程及应用
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(2) 吸附等压线
物理吸附等压线
1.2 吸附热力学
q
图 7-19 变压吸附循环操作原理
物理吸附的等压线
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吸附过程及应用
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(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
q, kg/kg q, kg/kg
0.40
0.35
946Pa
1240Pa
0.30
1750Pa
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。
t, ℃
水在某自制吸附剂上吸附等压线
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吸附过程及应用
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(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
由图可见，无论是物理吸附或是化学吸附，在一定温度范 围内吸附量均随着温度升高而下降。
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。
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吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附等温式
1.2 吸附热力学
q kp1/ n 或 lg q lg k 1 lg x n
常数n一般在2~3之间；但当温度升高时，n接近l，
Freundlich吸附等温式就成为Henry式。
在对数座标纸上以q和x作图，便可一条直线。
2364Pa
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00 20 30 40 50 60 70 80 90
t, ℃
水在A型硅胶上吸附等压线
0.65
0.60
0.55
899Pa
0.50
925Pa
1247Pa
0.45
1784Pa
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00 20 30 40 50 60 70 80 90
了他的名字命名。 Freundlich吸附温式是经验公式。
q kp1/ n 或 lg q lg k 1 lg p
n
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。
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吸附过程及应用
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Langmuir
1.2 吸附热力学
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吸附过程及应用
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3）Langmuir吸附等温式
1.2 吸附热力学
Langmuir在1918年从动力学理论推导出单分子层吸附等温式。
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;
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。
吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附等温式
1.2 吸附热力学
Freundlich吸附等温式有两种表示形式：
1) q kp1/n
q：吸附量，cm3/g
k，n是与温度、体系有关
的常数。
2) x k ' p1/n m
x：吸附气体的质量 m：吸附剂质量 k’，n是与温度、体系有关的
常数。
第一章 吸附及吸附过程
1.2 吸附热力学
(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
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吸附过程及应用
1.2 吸附热力学
1
(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
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(adsorption isobar) 。
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
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吸附过程及应用
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(3) 吸附等量线
1.2 吸附热力学
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(adsorption isostere) 。
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。
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。
2019/10/26
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吸附过程及应用
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3）Langmuir吸附等muir(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。
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。
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吸附过程及应用
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2) Freundlich吸附式
1.2 吸附热力学
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