固体表面对气体的吸附
固体表面的物理吸附和化学吸附 Word 文档
1．这种吸附包括对电解质吸附和非电解质吸附：对电解质吸附将使固体表面带电或电双层中组分发生变化，也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面，而固体表面的离子则进入溶液之中，产生离子交换作用。
对非电解质吸附，一般表现为单分子层吸附，吸附层以外就是本体相溶液。
2．溶液有溶质和溶剂，都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同。
正吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相大。
负吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相小。
显然，溶质被正吸附时，溶剂必被负吸附，反之亦然。
在稀溶液中，可以将溶剂的吸附影响忽略不计，可以简单的如气体吸附一样处理溶质的吸附，但在浓度较大时，则必须同时考虑二者的吸附.3．固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大的影响，液体表面张力的影响也很重要。
图2-4给出了表面张力和接触角的关系（点击放大），图中：θ为接触角，图2－4 表面张力与接触角的关系当θ<90o时，为润湿。
θ越小，润湿性越大，液体在表面的展开能力越强。
当θ=0o时，为完全润湿。
液体在表面完全铺展开来当θ>90o时，为不润湿。
θ越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。
当θ=180o时，完全不润湿,为球状。
θ角的大小。
与界面张力有关:γs=γL cosθ+γsL 其中：γs为固体表面张力；γL为液体表面张力；γsL为固体和液体界面张力。
该方程叫做Yong方程式。
它表明接触角的大小与三相界面之间的定量关系。
因此，凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。
从上式可以看到：当γs>γsL时，则cosθ>0为正值，θ<90°，此时为润湿；而且γs与γsL相差越大，θ角越小，润湿性越好。
当γs<γsL时，则cosθ<0为负值，θ>90°，此时不润湿；而且γs越大和γsL越小时，θ角越大，不润湿程度越严重。
应当指出的是，上面的平衡式仅适用于固、液、气三相的稳定接触的情况。
高分散度固体表面吸附气体后可使固体表面的吉布斯函数
高分散度固体表面吸附气体后可使固体表面的吉布斯函
数
高分散度固体表面吸附气体是一种重要的表面现象，它可以显著地影响固体表面的吉布斯函数。
吉布斯函数是描述系统自由能的重要物理量，它包含了系统的热力学性质和化学性质，是描述系统平衡状态的基本参数之一。
当固体表面吸附气体时，气体分子会与固体表面的原子或分子发生相互作用，形成吸附层。
这种相互作用可以通过吸附热、吸附能、吸附位等参数来描述。
吸附层的形成会改变固体表面的化学势和表面能，从而影响固体表面的吉布斯函数。
具体来说，当固体表面吸附气体时，吸附层的形成会导致固体表面的化学势降低。
这是因为吸附层中的气体分子与固体表面的原子或分子形成了化学键，从而减少了固体表面的自由能。
此外，吸附层的形成还会导致固体表面的表面能发生变化。
吸附层中的气体分子与固体表面的原子或分子之间的相互作用会导致表面能的增加，从而使固体表面的吉布斯函数增加。
除了影响固体表面的化学势和表面能外，吸附层的形成还会影响固体表面的结构和形貌。
吸附层中的气体分子会占据固体表面的一部分空
间，从而改变固体表面的结构和形貌。
这种结构和形貌的变化也会影响固体表面的吉布斯函数。
总之，高分散度固体表面吸附气体是一种重要的表面现象，它可以显著地影响固体表面的吉布斯函数。
吸附层的形成会导致固体表面的化学势降低，表面能增加，同时还会影响固体表面的结构和形貌。
这些变化都会影响固体表面的吉布斯函数，从而影响固体表面的热力学性质和化学性质。
固体表面产生吸附现象的本质原因
固体表面产生吸附现象的本质原因引言固体表面产生吸附现象是物理化学研究中的重要现象之一。
许多实际应用领域，如催化、电化学和环境科学等，都与固体表面的吸附现象密切相关。
本文将深入探讨固体表面产生吸附现象的本质原因，从分子层面阐述吸附现象的机理和表面特性的影响。
吸附现象的定义吸附是指气体、液体或溶解物质中的分子、离子或原子与固体表面相互作用并与固体表面相结合的过程。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是由于分子间的范德华力和卤素作用力引起的，而化学吸附是由于分子间形成化学键引起的。
吸附现象的机理吸附现象的本质原因是固体表面分子与吸附物分子之间相互作用力的存在。
这些相互作用力包括范德华力、电荷转移作用力和化学键作用力。
1. 范德华力范德华力是分子间的一种弱引力，与分子的极性和极化能力相关。
它是吸附现象中一个重要的相互作用力。
范德华力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引，从而使吸附物分子附着在固体表面上。
2. 电荷转移作用力电荷转移作用力产生于分子间的电荷转移过程。
它可以通过静电相互作用、离子键和共价键等形式存在。
电荷转移作用力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引或排斥。
3. 化学键作用力化学键作用力是指吸附物分子间或固体表面分子间通过共价键相互结合的力量。
化学键作用力较强，能够在吸附过程中形成化学键。
表面特性的影响固体表面的性质对吸附现象起着重要影响。
1. 表面活性表面活性是指在固体表面上发生的吸附现象的活性程度。
表面活性较高的固体表面能够吸附更多的吸附物分子。
2. 表面能表面能是指固体表面分子的能量状态。
表面能越小，吸附现象越易发生。
这是因为表面能小意味着表面分子与吸附物分子之间的相互作用力较强。
3. 表面形态表面形态对吸附现象的影响很大，表面形态的不规则性能增加吸附物分子在固体表面上的吸附机会。
4. 表面组成固体表面的成分决定了吸附现象的类型和性质。
不同的表面组成对吸附现象产生不同的影响。
气体吸附原理
气体吸附原理气体吸附是指气体分子在固体表面上附着的现象，它是一种重要的物理化学过程，广泛应用于化工、环保、能源等领域。
气体吸附原理是指气体分子在与固体表面相互作用时，通过吸附作用在固体表面上形成一层吸附层的过程。
气体吸附过程是一个复杂的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
其中，最重要的是吸附剂的性质和气体分子的性质。
吸附剂的性质包括孔径大小、孔隙结构、化学成分等，而气体分子的性质则包括分子大小、极性、化学活性等。
这些因素共同作用，决定了气体在固体表面上的吸附行为。
气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指气体分子与吸附剂表面之间的范德华力作用，它是一种弱相互作用力，通常发生在低温下。
而化学吸附则是指气体分子与吸附剂表面发生化学键结合的过程，它是一种强相互作用力，通常发生在高温下。
在气体吸附过程中，吸附剂的孔隙结构对吸附性能起着至关重要的作用。
孔隙结构可以影响吸附剂的比表面积、孔体积和孔径分布等参数，从而影响气体分子在吸附剂表面上的扩散和吸附速率。
通常情况下，孔径越小，吸附剂的比表面积和孔体积越大，气体分子在其表面上的吸附性能也越好。
此外，气体分子的性质也对气体吸附过程产生重要影响。
一般来说，分子大小越小、极性越大、化学活性越高的气体分子，其在固体表面上的吸附性能也越好。
这是因为这些气体分子更容易与吸附剂表面发生相互作用，从而形成稳定的吸附层。
在工业应用中，气体吸附技术被广泛应用于气体分离、气体储存、气体检测等领域。
例如，在天然气净化过程中，气体吸附技术可以有效去除天然气中的杂质气体，提高天然气的纯度。
在气体储存领域，气体吸附技术可以将气体分子吸附到多孔吸附剂中，实现气体的高效储存和释放。
总之，气体吸附原理是一个复杂而重要的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
通过深入研究气体吸附原理，可以更好地理解气体分子在固体表面上的吸附行为，为气体吸附技术的应用和发展提供理论基础和技术支持。
第五章_固体表面吸附(固-气界面吸附)
③化学吸附具有选择性
如：CO在金属表面上的吸附
O C MM
OO CC MM
NO + 1/2O2 CH2=CH2 + 1/2O2
NO2 O
NO只在Pt上吸附 只用Ag作催化剂。
无选择性；吸附热与气体凝聚热相近；吸附速度快；多层吸附。
（2）相互作用势能
设 f 代表作用力，r 为粒子间距离，U(r)为粒子间相互作用势能，有：
f U (r) r
或
r
U(r)
f dr
永久偶极矩相互作用势能为：
U (r)
2 3
12 22
3k Tr 6
诱导偶极矩相互作用势能为：
Ui(r)
( i 2 12
使体相中某些组分在表面区产生富集的现象。 其特点为组成随表面吸附质不同而变化。
如：Ag-Pd合金，吸附CO时，体相中的Pd可通过扩散到达 表面与CO形成羰基键，从而使表面富Pd。除去CO后，表面 组成由回到原来的状态。
第二节 物理吸附和化学吸附
1、物理吸附与Lennard-Jone势能曲线
（1）物理吸附特点
S
RT
则：
p
或： bp
b(1 )
1 bp
若有两种气体存于表面而发生竞争吸附时：
则：
A
பைடு நூலகம்
bA pA 1 bA pA bB
pB
B
bB pB 1 bA pA bB
pB
如果吸附解离成两个碎片，且各占据一个吸附位置，则：
f ( ) (1 )2 f '( ) 2
气体与固体吸附
气体与固体吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子在固体表面上附着的现象。
在气体与固体吸附中，气体分子会与固体表面发生相互作用，同时也会受到吸附物质与固体表面的作用力的影响。
了解气体与固体吸附的机制和性质，对于许多工业和科学应用都非常重要。
气体与固体吸附的种类主要分为两种：物理吸附和化学吸附。
物理吸附是指气体分子在固体表面上通过范德华力与固体相吸引而附着。
化学吸附则是气体分子与固体表面上的化学键结合，形成新的化学物质。
物理吸附和化学吸附之间的区别在于吸附能力和稳定性不同。
物理吸附往往发生在低温下，吸附能力不强且容易逆反应，而化学吸附则具有较高的吸附能力和较强的稳定性。
气体与固体吸附的机制有两种：亲和吸附和排斥吸附。
亲和吸附是指气体分子与固体表面之间存在吸引力，因此气体分子会附着在固体表面上。
排斥吸附则是指气体分子与固体表面之间存在排斥力，因此气体分子会在固体表面上发生反弹。
这两种机制的发生主要取决于气体分子与固体表面的性质以及气体分子的能量。
亲和吸附通常发生在气体分子与固体表面之间的相互作用力较强的情况下，而排斥吸附则发生在相互作用力相对较弱的情况下。
气体与固体吸附在许多领域具有重要的应用价值。
例如，在环境保护中，我们可以利用吸附技术清除空气和水中的污染物。
通过选择合适的吸附剂，例如活性炭或分子筛等，可以有效地吸附有害气体和溶解于水中的有机物质。
此外，气体吸附也是制备高纯度气体的重要步骤。
在工业生产中，通过将气体通过吸附床，可以去除气体中的杂质，得到纯净的气体。
此外，气体吸附在催化剂制备、气体分离和储存等领域也有广泛的应用。
固体吸附剂的选择对于气体与固体吸附的效果具有重要影响。
吸附剂应具有较大的比表面积、良好的吸附性能和很强的稳定性。
常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝等。
活性炭是吸附性能最好的吸附剂之一，具有较大的比表面积和很强的吸附能力，可以吸附多种气体污染物。
硅胶具有较大的孔隙体积和较强的吸附能力，主要用于水分和有机溶剂的吸附。
吸附(物理吸附与化学吸附)在催化中的应用
物理吸附与化学吸附在催化中的应用摘要：吸附过程与催化作用在国民经济和环境保护方面具有重要意义。
他们是化学工业，石油炼制以及国民经济其他领域最活跃的研究课题之一。
这两个领域涉及到的都是表面现象，使用的都是多孔固体。
吸附是催化反应得以发展的最关键步骤之一，通过它揭示催化本质和研究催化性质越来越受到人们的重视，因此许多在线原位动态测量技术得以快速发展。
关键词：物理化学吸附表征测定孔结构气体探针1. 吸附现象吸附：当流体与多孔固体接触时, 流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄, 此现象称为吸附。
吸附也指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象[1,2]。
实际上，人们很早就发现并利用了吸附现象，如生活中用木炭脱湿和除臭等。
随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，使这一过程在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用，例如：（1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气体中的水分脱到痕量，再聚合。
（2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。
（3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。
（4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。
（5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。
1.1吸附吸附属于一种传质过程，物质内部的分子和周围分子有互相吸引的引力，但物质表面的分子，其中相对物质外部的作用力没有充分发挥，所以液体或固体物质的表面可以吸附其他的液体或气体，尤其是表面面积很大的情况下，这种吸附力能产生很大的作用，所以工业上经常利用大面积的物质进行吸附，如活性炭、水膜等。
当液体或气体混合物与吸附剂长时间充分接触后，系统达到平衡，吸附质的平衡吸附量（单位质量吸附剂在达到吸附平衡时所吸附的吸附质量），首先取决于吸附剂的化学组成和物理结构，同时与系统的温度和压力以及该组分和其他组分的浓度或分压有关。
吸附和吸收处理空气的原理和方法
吸附和吸收处理空气的原理和方法一、引言空气中含有各种各样的污染物，如细菌、病毒、灰尘、花粉等，对人体健康产生不良影响。
因此，如何有效地处理空气成为了当前社会关注的焦点之一。
本文将介绍吸附和吸收处理空气的原理和方法。
二、吸附处理空气的原理和方法1. 吸附原理吸附是指固体表面对气体或液体分子表现出的亲和力，使之被固定在表面上。
因此，利用固体材料对空气中有害物质进行吸附是一种有效的处理方式。
2. 吸附材料常见的吸附材料有活性炭、分子筛、硅胶等。
其中，活性炭是最为常见的一种材料，具有比表面积大、孔隙多等特点。
3. 吸附设备将吸附材料填充在设备中，并通过风机将空气引入设备内部进行处理。
常见的设备包括活性炭过滤器、分子筛过滤器等。
4. 注意事项（1）定期更换吸附材料；（2）避免吸附材料受潮；（3）避免吸附材料过度饱和。
三、吸收处理空气的原理和方法1. 吸收原理吸收是指气体或液体分子在接触时发生化学反应，被溶解或被吸附到液体中。
因此，利用液体对空气中有害物质进行吸收是一种有效的处理方式。
2. 吸收材料常见的吸收材料有活性炭、活性氧化铝、二氧化硅等。
其中，活性炭是最为常见的一种材料。
3. 吸收设备将液体填充在设备中，并通过风机将空气引入设备内部进行处理。
常见的设备包括湿式电子过滤器、湿式静电除尘器等。
4. 注意事项（1）定期更换液体；（2）避免液体受潮；（3）避免液体过度饱和。
四、吸附和吸收处理空气的比较1. 处理效果相对于吸附处理，吸收处理能够更好地去除空气中的有害物质，特别是对于细菌、病毒等微小颗粒的去除效果更佳。
2. 维护成本相对于吸收处理，吸附处理的维护成本更低，更加经济实用。
3. 应用场景吸附处理适用于去除空气中的异味、烟雾等大颗粒物质；吸收处理适用于去除空气中的细菌、病毒等微小颗粒物质。
五、总结吸附和吸收是当前常见的两种空气处理方式。
根据不同的应用场景和需要，选择合适的方式进行空气处理能够有效地保障人体健康。
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若以Γm（或Vm）代表单分子层饱和吸附时的吸附量（或饱和 吸附时的气体体积），Γ（或V）代表压力为p时的实际吸附量
（或实际吸附气体体积），代入上式得：
bp Γ Γm 1 bp 或
V
Vm
bp 1 bp
四、兰格缪尔吸附等温式
（二）兰格缪尔吸附等温式的物理意义及应用
兰格缪尔吸附等温式只适用于单分子层吸附，较好地表示 典型的吸附等温式在不同压力范围内的特征：
二、吸附等温线
吸附等温线（absorption isotherm curve）：温度恒定
时，吸附质平衡分压p与吸附量Γ之间的关系曲线。
吸附等温线大致有如下五种类型：
图中纵坐标代表吸附量，横坐标为相对压力。
三. 弗仑因德立希吸附等温式
弗仑因德立希吸附等温式（Freundlich absorption isotherm） 描述单分子层吸附等温线的经验公式
五、多分子层吸附理论—BET公式
在兰格缪尔吸附理论的基础上，1938 年布鲁诺（Brunauer）、埃米(Emmet) 和泰勒(Teller)三人提出了多分子层的气 固吸附理论，简称BET吸附理论。
BET理论的假设： 吸附为多分子层的； 第一层吸附是固体表面分子与吸附质分子之间的分子间力， 从第二层以后的各层吸附是吸附质分子之间的分子间力，因此 第一层和其它各层的吸附热不同； 吸附和解吸附均发生在最外层。 此外，还假定第一层吸附未饱和之前，也可能发生多分子层 吸附；当吸附达到平衡时，其吸附量等于各层吸附量的总和。
五、多分子层吸附理论—BET公式
在上述假定的基础上，用统计方法得出如下关系：
Cp
V Vm ( p * p)1 (C 1) p / p *
式中V 代表平衡压力 p 时的吸附量，Vm代表在固体表面上 铺满单分子层时所需气体的体积，为实验温度下气体的饱和蒸 气压，C是与吸附热有关的常数。
该式为BET吸附等温式（BET adsorption isotherm），由于 其中包括两常数C和Vm，所以又称为BET二常数公式。
（1）当压力足够低或吸附很弱时，bp <<1, Γ=Γmbp， 即Γ与p成直线关系，这与I型吸附等温线中的低压部分相
符。
（2）当压力足够高或吸附很强时，bp>>1，Γ=Γm。表明 吸附量为一常数，不随压力而变化，这反映单分子层吸附 达到完全饱和的极限情况，与I型吸附等温线中的高压部分 相符。
（3）当压力中等强度或吸附适中时，Γ与p呈曲线关系。
对于一个给定系统 Γ=f(T,p)
常在上式的三个变量中固定一个变量，求出其它两个变量 之间的函数关系。如：
吸附等温式 T = 常数， 则Γ= ƒ (p) 吸附等压式 p = 常数， 则Γ= ƒ (T)
吸附等量式 Γ= 常数，则 p = ƒ (T)
二、吸附等温线
反映Γ 、 T、 p 中两个变量函数关系的曲线称为吸附曲线，
对 p/p* 作图应得直线，其斜率为 C 1 ，截
V ( p * p)
VmC
距为
1 VmC
，由此可得
Vm
1 斜率 截距
。
再见！
（3）被吸附分子间无作用力，故气体的吸附、解吸附不 受周围被吸附分子的影响。
（4）吸附平衡是动态平衡。
四、兰格缪尔吸附等温式
（一）兰格缪尔吸附等温式(Langmuir adsorption isotherm)
bp
1 bp
式中 为一定温度下固体的表面覆盖率，或固体表面被覆盖的分
数； b称为吸附系数，它代表了固体表面吸附气体能力的强弱 程度。
二、吸附等温线
（一）吸附平衡与吸附量 吸附平衡 ： 吸附速率
脱附速率
或
吸附量
脱附量
吸附平衡时，单位质量吸附剂所能吸附气体的物质的量x 或这些气体在标准状态下所占的体积V，称为吸附量 。
吸附量：Γ x m
吸附
量
吸附质的质量或体积（kg，mol 吸附剂质量（kg）
，m3）
二、吸附等温线
（二）吸附曲线 吸附量与吸附剂本质、吸附平衡时的温度及气体压力有关。
四、单分子层吸附理论—兰格缪尔吸附等温式
1916年，兰格缪尔根据大量的实验事实，用动力学理论 提出固体对气体的单分子层吸附理论。
其基本假设是：
（1）固体表面对气体分子的吸附是单分子层的。当气体 分子碰撞到空白固体表面才可能被吸附，已经吸附了气体 分子的固体表面则不能再吸附其它气体分子。
（2）固体表面是均匀的，各处的吸附能力相同，吸附热 是常数，不随覆盖程度而改变。
共分为三种：
吸附等量线：吸附量一定时，吸附温度T与吸附质平衡分压 p之间的关系曲线。
在吸附等量线中，T 与 p之间关系类似于克拉贝龙方程，
可以用来求算吸附热（heat of adsorption）ΔadsHm。 ΔadsHm 一定是负值，它是研究吸附作用的一个重要物理参
数，常根据其数值的大小判断吸附作用的强弱。
BET公式适用于单分子层及多分子层吸附，能对第I～III类三 种吸附等温线给予说明，其主要应用是测定固体吸附剂的比表 面（即单位质量吸附剂所具有的表面积）。
五、多分子层吸附理论—BET公式
实际应用时一般要将BET公式线性化：
p 1 C 1 p V ( p * p) VmC VmC p *
以
p
（0<n<1），与I型吸附等温线的中压部分相符。
四、兰格缪尔吸附等温式
实际应用时需将公式线性化：
p1 p
V bVm Vm
以 p/V 对 p 作图得一直线，
其斜率为 1 ，截距为 1 ，
1
Vm
bVm
1
Vm
可由斜率和截距求得 b 和 Vm 之
bVm
值。
五、多分子层吸附理论—BET公式
大多数气-固吸附为物理吸附，物理吸附基本上都是 多分子层吸附。
1
x k pn
m
式中
x m
代表在平衡压力p时的吸附量，k和n是与吸附剂、吸附
质种类以及温度等有关的常数， 1 值在0Leabharlann 1之间。 n将上式取对数可得
ln x ln k 1 ln p
m
n
以 ln x 对lg p作图，可得一直线。由直线的斜率和截距可求得n
m
及k值。
三. 弗仑因德立希吸附等温式
弗仑因德立希式形式简单，使用方便，但它仅适用于第I 类型等温线中间部分的吸附情况，其经验式中的常数k、n没 有明确的物理意义，也不能由该式推测吸附作用机理。
二、吸附等温线
吸附等压线：吸附质平衡分压一定时，吸附温度T和吸附量 Γ之间的关系曲线。
吸附等压线可以用来判别 吸附类型。
物理吸附很容易达到平衡， 吸附量随温度升高而下降。
化学吸附在低温时很难达 到平衡，随着温度升高，化 学吸附速度加快，吸附量增 加，直至达到平衡。平衡后 吸附量随温度升高而下降。
CO在钯表面的吸附
第七节 固体表面对气体的吸附
一、物理吸附和化学吸附
吸附：气体分子（吸附质）自动地富集，停留在固体（吸 附剂）表面的现象
机制：物理吸附，化学吸附，或两者兼有
吸附力 吸附热 选择性 吸附速度 吸附层 吸附稳定性
物理吸附 范德华力 相当于相变热 无 快 单层或多层 易解吸
化学吸附 化学键力 反应热 有 慢 单层 不易解吸