物理吸附和化学吸附
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。
物理吸附和化学吸附
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应用：
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护 等部门和领域都有广泛的应用。
最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体 的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。
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2、化 学 吸 附
化学吸附：吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、 交换或共有，形成吸附化学键（原子或离子相结合的能力）的吸附。简 单说是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。可看做化学反 应。
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4.5离子交换的应用
（2）在硬水软化中的应用 水的软化是去除水中Ca2+，Mg2+ ，通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+ 与Na+交换，使其保留在树脂上。
C a2+
2R SO 3-N a+ + M g2+
2H C O 3SO 422C l-
C a2+
2R SO 3M g2+
代号
分类名称
0
强酸
1
弱酸
2
强碱
3
弱碱
4
螯合
5
两性
6
氧化还原
功能基
说明
-SO3H
-COOH,-PO3H3
-N+(CH3)3 ,
-N+
(CH3)2
CH2CH2OH
-N H 2,-N H R ,-N R 2
H2C
CH2COOH N
CH2COOH
(-N + (C H 3 )3 , -C O O H )
(-CH2SH)
（1）阴离子交换树脂
物理吸附仪和化学吸附仪
物理吸附仪和化学吸附仪全自动物理吸附和化学吸附仪是一种用于化学、材料科学领域的分析仪器，于2011年8月17日启用。
全自动物理、化学吸附测量，并可以通过TCD和质谱测量检测器测量吸附/脱附气体的种类和物质的量。
物理/化学吸附仪化学吸附是吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。
由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。
特点化学吸附的主要特点是：仅发生单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附；吸附层能在较高温度下保持稳定等。
化学吸附又可分为需要活化能的活化吸附(activated adsorption)和不需活化能的非活化吸附(non-activated adsorption)，前者吸附速度较慢，后者则较快。
化学吸附是多相催化反应的重要步骤。
研究化学吸附对了解多相催化反应机理，实现催化反应工业化有重要意义。
吸附特点与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点：①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。
②吸附热近似等于反应热。
③吸附是单分子层的。
因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。
捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附：V/Vm=1/a·㏑CoP。
式中V是平衡压力为p时的吸附体积；Vm是单层饱和吸附体积；a和c0是常数。
④有选择性。
⑤对温度和压力具有不可逆性。
另外，化学吸附还常常需要活化能。
确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。
机理可分3种情况：①气体分子失去电子成为正离子，固体得到电子，结果是正离子被吸附在带负电的固体表面上。
②固体失去电子而气体分子得到电子，结果是负离子被吸附在带正电的固体表面上。
③气体与固体共有电子成共价键或配位键。
例如气体在金属表面上的吸附就往往是由于气体分子的电子与金属原子的d电子形成共价键，或气体分子提供一对电子与金属原子成配位键而吸附的。
吸附法的分类
吸附法的分类
吸附法主要可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三类。
1. 物理吸附：基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。
溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。
一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。
2. 化学吸附：会释放大量的热，吸附热高于物理吸附。
化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。
化学吸附具有高选择性。
3. 离子交换吸附：所用吸附剂为离子交换剂。
离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
物理吸附和化学吸附的概念
物理吸附和化学吸附的概念1. 哎呀妈呀，说起物理吸附和化学吸附的概念，那可真是一个让人脑袋瓜子嗡嗡的话题啊！不过别担心，咱们今天就用最通俗易懂的方式来聊聊这两个看似高大上的概念。
保准说完后，你就能跟身边的小伙伴们侃侃而谈，把他们都镇住！2. 物理吸附，简单来说就是两个东西之间玩"贴贴"的游戏。
它们之间没有什么深厚的感情，就是单纯地黏在一起。
就像是你把一块磁铁靠近冰箱门，"啪"的一下就吸上去了。
这种吸附力虽然不是很强，但胜在来去自如，想分开就分开，一点都不麻烦。
3. 有个小朋友听了这个解释后，眼睛一亮，说："哇，那不就像我和我最好的朋友吗？我们天天黏在一起玩，但放学后就各回各家，第二天又能继续玩在一起！"4. 化学吸附呢，那可就不一样了。
这是两个物质之间产生了"真爱"，它们之间发生了化学反应，形成了新的化学键。
这种吸附可不是闹着玩的，一旦在一起，就很难分开了。
就像是你把一块口香糖粘在头发上，想要分开可就费劲了。
5. 听到这里，刚才那个小朋友又插嘴说："这不就像我爸妈吗？他们在一起这么多年了，感情越来越深，怎么也分不开！"6. 物理吸附和化学吸附的区别，就像是谈恋爱和结婚的区别。
物理吸附就像是谈恋爱，今天我喜欢你，明天可能就不喜欢了，分手很容易。
而化学吸附就像是结婚，两个人已经融为一体，想要分开可就没那么简单了。
7. 有个化学老师听了这个比喻后，哈哈大笑说："这个比喻太妙了！以后我就用这个例子来给学生们讲解，保准他们记得清清楚楚！"8. 物理吸附的特点是：力量小、速度快、可逆性强。
就像是你往墙上贴海报，想贴就贴，想撕就撕，一点都不费劲。
而且，物理吸附不挑剔，几乎所有的物质表面都能发生物理吸附。
9. 有个学生听了后说："哇，这不就像是我们班上的小明吗？他交朋友特别快，今天和这个好，明天和那个好，关系来得快去得也快！"10. 化学吸附的特点是：力量大、速度慢、不可逆。
物理吸附化学吸附
化学吸附
物理吸附
吸附质分子和吸附中心之 间化学键的形成
>80 kJ/mol 活化吸附,吸附速率慢 化学吸附热
分子间作用力，如永久性偶 极矩,诱导性偶极矩,四极吸引 作用等
0-40 kJ/mol
非活化吸附,吸附速率快
凝聚热
高温(>气体的液化点)
接近气体的液化点
有选择性,与吸附质,吸附 无选择性 剂本质有关
NH3
301
188
155
C2H4
577
427
286
243 209
三、吸附位能曲线 物理吸附位能变化：通常用Lennard-Jones曲线来描述
A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线
QP：物理吸附热
活性原子在固体表面化学吸附位能变化：通常用Morse公式 近似计算
活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线
固体表面（surface）原子与体相（bulk）原子的最大区别： 表面原子配位不饱和，从而表现出高的化学反应活性。
吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积。 吸收（absorption）：体相的吸附。 吸附剂（adsorbent）:吸附气体的固体物质。 吸附质（adsorbate）:被吸附的气体。 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。 脱附（desorption）: 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程。
体相原子配位数：12 表面原子配位数：9 面心立方最密堆积（FCC）
3 fold site 三重吸附位
4 fold site 四重吸附位
桥位
ห้องสมุดไป่ตู้顶位
请分别简述物理吸附和化学吸附的主要特征。
请分别简述物理吸附和化学吸附的主要特征。
根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。
物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，即所谓的范德华力（Vander Waals）。
因此，物理吸附又称范德华吸附，它是一种可逆过程。
当固体表面分子与气体或液体分子间的引力大于气体或液体内部分子间的引力时，气体或液体的分子就被吸附在固体表面上。
从分子运动观点来看，这些吸附在固体表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入气体（或液体）中去，其本身不发生任何化学变化。
随着温度的升高，气体（或液体）分子的动能增加，分子就不易滞留在因体表面上，而越来越多地逸入气体（或液体中去，即所谓“脱附”。
这种吸附—脱附的可逆现象在物理吸附中均存在。
工业上就利用这种现象，借改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生，回收被吸附物质而达到分离的目的。
物理吸附的特征是吸附物质不发生任何化学反应，吸附过程进行得极快，参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。
化学吸附是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。
这类型的吸附需要一定的活化能，故又称“活化吸附”。
这种化学键亲和力的大小可以差别很大，但它大大超过物理吸附的范德华力。
化学吸附放出的吸附热比物理吸附所放出的吸附热要大得多，达到化学反应热这样的数量级。
而物理吸附放出的吸附热通常与气体的液化热相近。
化学吸附往往是不可逆的，而且脱附后，脱附的物质常发生了化学变化不再是原有的性状，故其过程是不可逆的。
化学吸附的速率大多进行得较慢，吸附平衡也需要相当长时间才能达到，升高温度可以大大地增加吸附速率。
对于这类吸附的脱附也不易进行，常需要很高的温度才能把被吸附的分子逐出去。
人们还发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行的是物理吸附，随着温度升高到一定程度，就开始发生化学变化转为化学吸附，有时两种吸附会同时发生。
化学吸附在催化作用过程中占有很重要的地位。
化学吸附与物理吸附的区别及应用
化学吸附与物理吸附的区别及应用化学吸附和物理吸附是化学反应和物理现象的不同表现形式，它们的区别在于吸附分子与吸附表面的相互作用形式。
化学吸附是指在化学反应的条件下，吸附剂和吸附剂分子通过键合作用相互作用，形成化学键化合物的吸附现象。
而物理吸附是指吸附剂分子作为气体在吸附表面上的分子间力作用下吸附的现象。
通过对化学吸附和物理吸附的了解，我们可以更好地理解这两种现象的特点和应用。
化学吸附和物理吸附之间的区别化学吸附和物理吸附的根本区别在于它们与吸附剂和吸附表面之间的相互作用形式不同。
化学吸附主要是通过化学键形成的吸附剂和吸附表面之间的化学键，吸附分子与表面相结合形成新的化合物，吸附过程是可逆或不可逆的。
物理吸附是指气态分子在与吸附表面相互作用时，仅通过范德华力作用和静电作用而发生的吸附现象。
物理吸附的吸附过程可以是可逆的，吸附分子在表面上的位置也是不固定的，可以随机变动。
化学吸附与物理吸附之间的差异还有很多，比如，化学吸附的反应速度较快，吸附剂在吸附表面上形成的化合物具有很高的稳定性和选择性。
而物理吸附的速度较慢，吸附过程的热力学参量也较小，这使得物理吸附的逆过程也很容易发生。
化学吸附与物理吸附的应用化学吸附和物理吸附的应用很广泛，在各种领域都有着不同的应用。
下面，我们将具体介绍它们在各个领域的应用。
1. 化学反应化学吸附和物理吸附对于许多化学反应的催化和速率具有很大的影响。
化学吸附有机物对于水净化和废水处理等领域都有着广泛的应用。
而物理吸附则经常用于催化剂的制备以及气体分离。
2. 表面改性化学吸附和物理吸附还可以用于表面改性。
例如，通过物理吸附将化合物吸附在表面上，可以有效地改善材料表面的物化性质；而通过化学吸附可以实现表面的选择性功能性化改性。
3. 生物介质和生物分离化学吸附和物理吸附也在生物介质和生物分离中发挥重要作用。
例如，化学吸附可以用于酶的分离和鉴定，物理吸附则可以用于纯化蛋白质和DNA等。
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应用：
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护 等部门和领域都有广泛的应用。 最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体 的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。
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（1）在海水淡化中的应用 该技术采用天然沸石分子筛作基本材料。天然沸石分子筛是一种白色、无毒、 无臭的晶体粉末,可吸附尺寸在3～20 的多种离子。在分子筛骨架结构中,阳离子 定位在孔道或空腔中的一定位置上,在水溶液中,是可以互相交换的。
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4.5离子交换的应用
+ Na
Na
交换前
交换达到平衡后
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4.4离子交换树脂的分类
（1）详细分类
代号 0 1 2 分类名称 强酸 弱酸 强碱 功能基 -SO3H 说明 磺酸基 膦酸基 季铵基
-COOH,-PO3H3
(CH3)2 -N+(CH3)3 , -N+ CH2CH2OH
物理吸附和化学吸附
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1
2 3 4
物理吸附 化学吸附
物理吸附化学吸附的区别
离子交换
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1、物 理 吸 附
物理吸附：物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用 力为分子间吸引力，即所谓的范德华力（分子相结合的能力）；吸附质 分子与吸附剂表面原子或分子间以范德华力进行的吸附作用。可看做凝 聚现象。
（2）在硬水软化中的应用 水的软化是去除水中Ca2+，Mg2+ ，通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+ 与Na+交换，使其保留在树脂上。
Ca 2RSO3-Na+ +
2+
2HCO3 SO42-
-
Ca2+ 2RSO3Mg2+
2NaHCO3 Na2SO4 2NaCl
Mg2+
2Cl-
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4.5离子交换的应用
（3）在食品工业中的应用 1、糖类脱色 2、酒类去浑浊，调节pH值、去重金属离子，脱色，去SO2，改善水质。 3、牛奶的稳定性
4、油脂中微量的铜、铁、锰、锌离子的去除
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4、离 子 交 换
4.1概念
离子交换：离子交换是离子交换剂（交换树脂）上离解出来的可交换离子就 可与溶液里的同类型离子发生交换为基础的分离方法。 离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
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2、化 学 吸 附
化学吸附：吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、 交换或共有，形成吸附化学键（原子或离子相结合的能力）的吸附。简 单说是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。可看做化学反 应。
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3、物理吸附与化学吸附的区别
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4.2离子交换原理
主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。 选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换 剂上，而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。 带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与 介质的结合牢度不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。
_
Cl
_
Na
+
交换前
交换达到平衡后
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4.4离子交换树脂的分类
（1）阴离子交换树脂
+ Na -
－ OH OH -+ + OH + OH+ + － Na Cl OH + + -+ Na OH + Na Cl Cl
_ _ _
Cl
_
Na OH
－
+
+ Na - OH Cl -+ + Cl OH + OH+ － OH + + Cl - ClOH +
物理吸附 吸附力 范德华力 吸附层数 多分子层或单分子层 可逆性 可逆 =8.4—41.8 kJ• mol-1 吸附热 吸附速率 不需活化，吸附速率快 脱附活化能 = 凝聚热 吸附选择性 封锁选择性质 发生温度 化学吸附 化学键力 单分子层 不可逆 ≥84kJ• mol-1 需活化，吸附速率慢 ≥化学吸热 有选择性，与吸附质吸附剂 有关 高温下（高于气体液化 接近气体的液化点 点）
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4.4离子交换树脂的分类
（1）阳离子交换树脂
+ Na + + Na
+ H H + H H+ + + Na Cl H + H + Na + Cl Na Cl
_ _ _
Cl
_
H H + Cl Na + Na H + Cl
+
_ _
+
H+ H+ + H Cl
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4.3离子交换实例
阳离子交换树脂大都含有磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）或苯酚基（C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行 交换。 硬水软化原理： 离子交换树脂，其结构式可简单表示为R-SO3H，式中R代表树脂母体 2R-SO3H+Ca2+----（R-SO3）2Ca+2H
3 4
5 6
弱碱 螯合
两性 氧化还原
-NH2,-NHR,-NR2
CH2COOH H2C N CH2COOH
伯，仲，叔氨基 胺羧酸 强碱弱酸型 硫醇基
对苯二酚基
(-N+(CH3)3 ,
(-CH2SH) HO
-COOH)
OH
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4.5离子交换的应用