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(终审稿)
吸附动力学和热力学各模型公式及特点文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-分配系数K d =(C 0−C e )C C e C吸附量 C t =C 0−C t C×C LangmiurC e =C m C L C e 1+C L C eC e C e =1C m C L +C e C m KL 是个常数与吸附剂结合位点的亲和力有关，该模型只对均匀表面有效FreundlichC e =C F C e 1/Cln C e =ln C F +1Cln C e Ce 反应达到平衡时溶液中残留溶质的浓度KF 和n 是Freundlich 常数，其中KF 与吸附剂的吸附亲和力大小有关，n 指示吸附过程的支持力。
1/n 越小吸附性能越好一般认为其在0.1~0.5时，吸附比较容易；大于2时，难以吸附。
应用最普遍，但是它适用于高度不均匀表面，而且仅对限制浓度范围（低浓度）的吸附数据有效一级动力学1(1)k t t e q q e -=-C t =C e (1−C −C 1C )线性 ln (C e −C t )=ln C e −C 1C二级动力学 2221e t e k q t q k q t =+C t =C 2C e 2C 1C 2C e C线性 C C t =1C 2C e 2+CC e初始吸附速度C0=C2C C2Elovich 动力学模型C t=C+C ln C Webber-Morris动力学模型C C=C ip C1/2+C Boyd kinetic plotC C C C =1−6×exp−C C CC6令F=Q t/Q e,K B t=-0.498-ln(1-F)准一级模型基于假定吸附受扩散步骤控制；准二级动力学模型假设吸附速率由吸附剂表面未被占有的吸附空位数目的平方值决定，吸附过程受化学吸附机理的控制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移；Webber-Morris动力学模型粒子内扩散模型中，qt与t1/2进行线性拟合，如果直线通过原点，说明颗粒内扩散是控制吸附过程的限速步骤；如果不通过原点，吸附过程受其它吸附阶段的共同控制；该模型能够描述大多数吸附过程，但是，由于吸附初期和末期物质传递的差异，试验结果往往不能完全符合拟合直线通过原点的理想情况。
吸附速率公式
吸附速率公式吸附速率是描述物质从气相或溶液中吸附到固体表面的速度的物理化学参数。
它的计算公式通常基于吸附动力学理论，涉及到吸附物质的性质、固体表面性质以及吸附条件等因素。
以下是一些与吸附速率相关的参考内容。
1. 吸附速率公式:吸附速率公式通常基于吸附热力学和动力学理论，其中最常见的是基于Langmuir吸附模型得到的吸附速率表达式。
Langmuir吸附模型假设吸附过程中仅存在单层吸附，并且吸附物质与固体表面上的吸附位点之间存在吸附平衡。
根据Langmuir吸附模型，吸附速率公式可以表示为:RA = k * C * (1 - θ)其中RA表示吸附速率，k表示吸附速率常数，C表示气相或溶液中吸附物质的浓度，θ表示固体表面覆盖度。
2. 影响吸附速率的因素:吸附速率受多种因素影响，如物质的性质、固体表面的性质以及吸附条件等。
具体地，吸附速率的计算还可以考虑以下因素: - 吸附物质的性质：吸附物质的分子大小、极性与非极性、电荷性质等会影响吸附速率。
- 固体表面的性质：固体表面的化学成分、表面形态和表面积等会对吸附速率产生重要影响。
- 吸附条件：温度、压力、PH值和电场等吸附条件也会对吸附速率产生影响。
3. 吸附速率与表面扩散:在吸附速率的计算中，需要考虑吸附物质在固体表面上的扩散过程。
吸附速率与吸附物质在固体表面上的扩散速率有关，表面扩散可以用费克定律来描述。
费克定律认为吸附物质在固体表面上的扩散速率与吸附物质在固体表面上的吸附位点浓度梯度成正比。
因此，吸附速率公式中还需要考虑表面扩散项。
4. 吸附速率的测定:可以通过实验方法来测定吸附速率。
常见的实验测定方法包括静态吸附实验和动态吸附实验等。
静态吸附实验可以通过固体和吸附物质之间的平衡吸附量来得到吸附速率。
动态吸附实验则是通过实时监测吸附物质的质量变化或吸附物质在固体表面上的浓度变化来获得吸附速率。
5. 应用示例:吸附速率的研究在多个领域有着广泛的应用，如环境科学、化工工艺以及催化反应等。
吸附常用模型介绍
Langmuir吸附等温线
1）符合Langmuir等温式的吸附为化学吸附。化学 吸附的吸附活化能一般在40~400kJ/mol的范围， 除特殊情况外，一个自发的化学吸附过程，应该 是放热过程，饱和吸附量将随温度的升高而降低。 2）KL为吸附作用的平衡常数，其值大小与吸附剂、 吸附质的本性及温度的高低有关，KL值越大，则 表示吸附能力越强，而且KL具有浓度倒数的量纲。
其实，世上最温暖的语言，“ 不是我爱你，而是在一起。” 所以懂得才是最美的相遇！只有彼此以诚相待，彼此尊重，相 互包容，相互懂得，才能走的更远。 相遇是缘，相守是爱。缘是多么的妙不可言，而懂得又是多么的难能可贵。否则就会错过一时，错过一世！ 择一人深爱，陪一人到老。一路相扶相持，一路心手相牵，一路笑对风雨。在平凡的世界，不求爱的轰轰烈烈；不求誓 言多么美丽；唯愿简单的相处，真心地付出，平淡地相守，才不负最美的人生；不负善良的自己。 人海茫茫，不求人人都能刻骨铭心，但求对人对己问心无愧，无怨无悔足矣。大千世界，与万千人中遇见，只是相识的 开始，只有彼此真心付出，以心交心，以情换情，相知相惜，才能相伴美好的一生，一路同行。 然而，生活不仅是诗和远方，更要面对现实。如果曾经的拥有，不能天长地久，那么就要学会华丽地转身，学会忘记。 忘记该忘记的人，忘记该忘记的事儿，忘记苦乐年华的悲喜交集。 人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。对于离开的人，不必折磨自己脆弱的生命，虚度了美好的朝夕；不必让心灵痛苦不堪， 弄丢了快乐的自己。擦汗眼泪，告诉自己，日子还得继续，谁都不是谁的唯一，相信最美的风景一直在路上。 人生，就是一场修行。你路过我，我忘记你；你有情，他无意。谁都希望在正确的时间遇见对的人，然而事与愿违时， 你越渴望的东西，也许越是无情无义地弃你而去。所以美好的愿望，就会像肥皂泡一样破灭，只能在错误的时间遇到错的人。 岁月匆匆像一阵风，有多少故事留下感动。愿曾经的相遇，无论是锦上添花，还是追悔莫及；无论是青涩年华的懵懂赏 识，还是成长岁月无法躲避的经历……愿曾经的过往，依然如花芬芳四溢，永远无悔岁月赐予的美好相遇。 其实，人生之路的每一段相遇，都是一笔财富，尤其亲情、友情和爱情。在漫长的旅途上，他们都会丰富你的生命，使 你的生命更充实，更真实；丰盈你的内心，使你的内心更慈悲，更善良。所以生活的美好，缘于一颗善良的心，愿我们都能 善待自己和他人。 一路走来，愿相亲相爱的人，相濡以沫，同甘共苦，百年好合。愿有情有意的人，不离不弃，相惜相守，共度人生的每 一个朝夕……直到老得哪也去不了，依然是彼此手心里的宝，感恩一路有你！
吸附等温线及动力学
V:样品实际吸附量；Vm:单层饱和吸附量；
C:与样品吸附能力有关的常数。 从上式可以看出，BET方程建立了单层饱和吸附量Vm与多层吸附量V之间的 数量关系，为比表面积测定提供了很好的理论基础。
BET方程实际上基于下面两个假设：
1. BET方程是建立在Langmuir吸附理论基础上的，但同时还认为：物理吸附 为分子间力，被吸附的分子与气相分子之间仍有此种力，故可发生多层吸附， 多层吸附与气体的凝聚相似。
度和可信度高，特别适合科研及生产单位使用。
2、孔径分布测定
（1）孔径分布介绍 超微粉体颗粒的微观特性不仅表现为表面形状的不同，很多还存在孔结构。 孔的大小、形状及数量对比表面积测定结果有很大的影响，同时材料的孔体积
大小及孔径分布规律对材料本身的吸附、催化剂稳定性等有很大影响。因此，
测定孔容积大小及孔径分布规律成为粉体材料性能测试的又一大领域，通常与 比表面积测定密切相关。
N2因其易获得性和良好的可逆吸附特性，成为最常用的吸附质。通过这种方法测 定的比表面积称之为“等效”比表面积。所谓“等效”的概念是指：样品的表面
积是通过其表面密排包覆（吸附）的氮气分子数量和分子最大截面积来表征的。
实际测定出氮气分子在样品表面平衡饱和吸附量(V)，通过不同理论模型计算出单 层饱和吸附量(Vm)，进而求出分子个数，采用表面密排六方模型计算出氮气分子 等效最大横截面积(Am)，即可求得被测样品的比表面积。计算公式如下：
Ce C 1 e qe qmax qmax K L
式中，Ce为溶液的平衡浓度，mg/L, qmax为最大吸附量（饱和），mg/g，KL
为与键合位点的亲和力及吸附能有关的Langmuir常数, L/g，
Langmuir 分子吸附模型对于当固体表面的吸附作用相当均匀，且吸附限于单分 子层时，能够较好地代表实验结果。但是由于它的假定是不够严格的，因而具有 相当的局限性。
吸附动力学模型
朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式
整理得
1 = a + ⋅ a a p V Vm bVm
1
1
1
以该式的直线关系作图, 由直线斜率及截距可求得 b 与Vam. 转换为 nam , 若已知每个被吸附分子的截面积 am, 则可计算 吸附剂的比表面: as = nam L am 朗缪尔等温式可较好地解释前述 I 型吸附等温线的特征: • 压力很低或吸附较弱时, bp<<1, Va＝bVam p, 呈直线段． • 当压力很高或吸附较强时, bp>>1, Va＝Vam , 呈水平段. • 在中压或中强吸附时, 吸附等温线呈曲线. 但有很多实验结果是朗缪尔吸附等温式所不能解释的. 原 因是朗缪尔理论的假设与实际情况有出入. 但该理论的基本模 型为吸附理论的发展起了奠基的作用. 9
a 由直线的斜率和截距可 求得常数 c和 Vm . BET公式能较好地表达全部五种类型吸附等温线的中间 部分, 以 p/p* = 0.05 ~ 0.35间为最佳. 其改进还需考虑表面不 均匀性、同层吸附分子间的相互作用, 以及毛细凝结现象等. 最重要的应用是测定吸附剂的比表面.常采用低温吸附气 体作为吸附质. 当第一层吸附热远大于吸附质的凝结热时, c >>1, 简化为所谓一点法公式: Va ≈ 1 a 12 Vm 1 − ( p / p*)
吸附热
因 ∆ adsV = Va − Vg ≈ −Vg ≈ −nRT / p ∆ ads H ∆ ads H ⎛ ∂p ⎞ =− ⎜ ⎟ = nRT 2 / p ⎝ ∂T ⎠ na T∆ adsV
∆ ads H m ⎛ ∂lnp ⎞ ⎜ ⎟ =− RT 2 ⎝ ∂T ⎠ na p2 ∆ ads H m ⎛ 1 1⎞ ⎜ − ⎟ ln = ⎜T T ⎟ p1 R 1⎠ ⎝ 2 RT2T1 p2 ln ∆ ads H m = T1 − T2 p1 由恒吸附量下的两组平衡温度压力数据, 可求摩尔吸附焓. 吸附热一般会随吸附量的增加而下降, 表明固体表面的 能量是不均匀的. 吸附总是首先发生在能量较高、 活性较大 的位轩, 然后依次发生在能量较低、活性较小的位置上. 14
生物吸附的热力学平衡模型和动力学模型综述
生物吸附的热力学平衡模型和动力学模型综
述
1 吸附动力学模型
生物吸附动力学模型是指根据动力学原理研究生物吸附现象的模型，它主要集中在生物物质吸附层表面上，以及相互作用和热力学物
理条件等问题上。
根据动力学原理，影响生物吸附的因素包括游离能，气体的吸附力，介质的物理性能，液体温度，压力，浓度等。
吸附动
力学模型主要分为三类：比例硬体模型，等幂硬体模型和等温硬体模型，模拟出生物物质吸附过程中的动力学状态和位置分配。
2 热力学平衡模型
生物吸附热力学平衡模型是指研究生物物质吸附过程中热力学方
法描述的模型，主要包括Langmuir态模型，Freundlich态模型，Fruendlich-Petesch态模型等。
平衡模型可以描述生物物质的活性，
计算其反应的吸附能力和吸附常数，而动力学模型则可以用于比较不
同吸附情况下的性能，从而了解生物物质吸附过程发生，变化和发展
的方向和步骤。
生物物质吸附是吸收和固定物质的重要现象，研究其热力学平衡
模型和动力学模型，有助于深入了解生物物质的特性，为其合理有效
地利用资源提供参考。
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。
吸附等温线及动力学ppt
气体吸附法测定比表面积的原理，是依据气体在固体表面的吸附特性，在一 定的压力下，被测样品颗粒（吸附剂）表面在超低温下对气体分子（吸附质）具 有可逆物理吸附作用，并对应一定压力存在确定的平衡吸附量。通过测定出该平 衡吸附量，利用理论模型来等效求出被测样品的比表面积。
由于实际颗粒外表面的不规则性，严格来讲，该方法测定的是吸附质分子所 能到达的颗粒外表面和内部通孔总表面积之和，如下图所示：
-
特点：1、连续流动法测试过程操作简单；2、消除系统误差的能力强；3、可同 时采用直接对比法和BET法进行理论计算。
-
（2）容量法 容量法中，测定样品吸附气体量多少是利用气态方程来计算的。在预抽真空
的密闭系统中导入一定量的吸附气体，通过测定出样品吸脱附导致的密闭系统中 气体压力变化，利用气态方程PV=nRT换算出被吸附气体摩尔数变化。
-
如果用流动法来进行BET法测定，测量系统需具备能精确调节气体分压P/P0的 装置，以实现不同P/P0下吸附量的测定。对于每一点P/P0下BET吸脱附过程与直 接对比法相似，不同的是BET法需标定实际样品吸附气体量的体积大小，而直接 对比法则不需要。 特点：BET理论与物质实际吸附过程更接近，可测定样品范围广，测试结果准确 度和可信度高，特别适合科研及生产单位使用。
-
（4）BET法 BET法计算是建立在Brunauer（布鲁诺），Emmett（埃麦特）和Teller（泰
勒）三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式的基础上，提出的一种计 算方法。即著名的BET方程：
V(P 0 P P)Vm 1CC Vm C 1(P/P 0) P:吸附质分压； P0：吸附质饱和蒸气压； V:样品实际吸附量；Vm:单层饱和吸附量； C:与样品吸附能力有关的常数。
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吸附动力学和热力学各模
型公式及特点
Newly compiled on November 23, 2020
分配系数
K d =
(C 0−C e )V C e m 吸附量
Q t =C 0−C t m
×V Langmiur
Q e =Q m K L C e 1+K L C e C e Q e =1Q m K L +C e Q m
KL 是个常数与吸附剂结合位点的亲和力有关，该模型只对均匀表面有效
Freundlich
Q e =K F C e 1/n
lnQ e =lnK F +1n
lnC e Ce 反应达到平衡时溶液中残留溶质的浓度
KF 和n 是Freundlich 常数，其中KF 与吸附剂的吸附亲和力大小有关，n 指示吸附过程的支持力。
1/n 越小吸附性能越好一般认为其在~时，吸附比较容易；大于2时，难以吸附。
应用最普遍，但是它适用于高度不均匀表面，而且仅对限制浓度范围（低浓度）的吸附数据有效
一级动力学1(1)k t t e q q e -=-
Q t =Q e (1−e −K 1t )
线性 ln (Q e −Q t )=lnQ e −K 1t
二级动力学 2221e t e k q t q k q t =+
Q t =K 2Q e 2t 2e 线性 t Q t =1K 2Q e 2+t
Q e
初始吸附速度V0=K2Q e2 Elovich 动力学模型
Q t=a+blnt Webber-Morris动力学模型
Q t=K ip t1/2+c Boyd kinetic plot
Q t Q e =1−
6×exp−K B t
π6
令F=Q t/Q e,
K B t=(1-F)
准一级模型基于假定吸附受扩散步骤控制；
准二级动力学模型假设吸附速率由吸附剂表面未被占有的吸附空位数目的平方值决定，吸附过程受化学吸附机理的控制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移；
Webber-Morris动力学模型
粒子内扩散模型中，qt与t1/2进行线性拟合，如果直线通过原点，说明颗粒内扩散是控制吸附过程的限速步骤；如果不通过原点，吸附过程受其它吸附阶段的共同控制；该模型能够描述大多数吸附过程，但是，由于吸附初期和末期物质传递的差异，试验结果往往不能完全符合拟合直线通过原点的理想情况。
粒子内扩散模型最适合描述物质在颗粒内部扩散过程的动力学，而对于颗粒表面、液体膜内扩散的过程往往不适合
Elovich 方程为一经验式，描述的是包括一系列反应机制的过程，如溶质在溶液体相或界面处的扩散、表面的活化与去活化作用等，它非常适用于反应过程中活化能变化较大的过程，如土壤和沉积物界面上的过程。
此外，Elovich 方程还能够揭示其他动力学方程所忽视的数据的不规则性。
Elovich和双常数模型适合于复非均相的扩散过程。
Langmuir模型假定吸附剂表面均匀，吸附质之间没有相互作用，吸附是单层吸附，即吸附只发生在吸附剂的外表面。
Qm 为饱和吸附量，表示单位吸附剂表面，全部铺满单分子层吸附剂时的吸附量；该模型的假设对实验条件的变化比较敏感，一旦条件发生变化，模型参数则要作相应的改变，因此该模型只能适用于单分子层化学吸附的情况。
Langmuir 等温吸附模型作为第一个对吸附机理做了生动形象描述的模型，为以后其他吸附模型的建立起到了奠基作用。
Freundlich 吸附方程既可以应用于单层吸附，也可以应用于不均匀表面的吸附情况。
Freundlich吸附方程作为一个不均匀表面的经验吸附等温式，既能很好的描述不均匀表面的吸附机理，更适用于低浓度的吸附情况，它能够在更广的浓度范围内很好地解释实验结果。
但是，Freundlich 吸附方程的缺点则是不能得出一个最大吸附量，无法估算在参数的浓度范围以外的吸附作用。
由于Freundlich 等温吸附方程受低浓度的限制，而Langmuir 等温吸附方程则受高浓度的限制。
Redlich–Peterson 等温吸附方程则是综合Freundlich 等温吸附方程和Langmuir 等温吸附方程而提出的较合理的经验方程。
A 是一个与吸附量有关的常数，B 也是一个与吸附能力有关的经验常数，指数g 为介于0 和1 之间的经验常数。
避免了吸附过程受浓度限制的影响。
Langmuir 方程适用于均匀表面的吸附，而Freundlich 方程和Temkin 方程适用于不均匀表面的吸附。