沸石分子筛吸附等温曲线
吸附等温线i型
吸附等温线i型
《吸附等温线i型》是指在吸附剂与吸附物之间相互作用的条件下，吸附剂的表面覆盖度与吸附物的浓度之间的关系曲线。
这种等温线通常被用来描述在固体表面的吸附过程中，吸附物的吸附情况。
吸附等温线i型的特点是曲线开始时呈现一个非常陡峭的上升段，然后逐渐趋于平缓。
这种等温线通常用于描述气体在固体表面的吸附过程，例如在吸附剂上吸附水蒸气的情况。
吸附等温线i型的形状和位置取决于吸附剂和吸附物之间的相互作用力，以及温度和压力等条件。
- 1 -。
等温吸附曲线解释
Langmuir 吸附等温线物理意义:
VL:煤岩的最大吸附能力(这时P →∞),简称兰氏体积.
PL:吸附量V 达到VL/2时所对应的压力值,简称兰氏压力.影响吸附等温线的形态参数,反映煤层气解吸的难易,值越低,脱附越容易,开发越有利.
• V1:当前地层压力下的煤岩理论含气量. P1:储层压力,即当前煤储层压力.
• V2:当前地层压力下的实际含气量. P2:临界解吸压力,甲烷开始解吸的压力点. • Vi:排采过程中含气量. Pi:排采过程中的储层压力.
• Vn:煤层残留含气量. Pn:煤层气井的枯竭压力.
Langmuir 吸附等温线生产中的意义:
• V2/V1—含气饱和度.
• (V2-Vn)/V2—理论最大采收率.
• (V2-Vi)/V2—生产过程中动态采收率.
• 根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态.
• 若煤层欠饱和(V2<V1),气体的解吸和流动受到抑制,煤储层压力P1须降低至临界解
吸压力P2时才开始解吸.
• 当V2≥V1时,为过饱和状态,这时C 点位于B 点的正上方, 当煤层压力降到接近P1
点时就有气体产出.
• 随着枯竭压力Pn 的降低,最大采收率增加;因此排采过程中要尽可能的降低枯竭压力,
以获得更高的采收率.但枯竭压力的确定要受到工艺技术和经济条件等因素的制约. • 另可通过注气增加储层能量,驱替置换煤层气来提高采收率.
压力/P
图中:A(PL,VL)-最大吸附点; B(P1,V1)-理论吸附点; C(P1,V2)-实际吸附点;
D(Pi,Vi)-采收过程吸附点; E(Pn,Vn)-枯竭吸附点; C’(P2,V2)-临界解吸吸附。
催化剂表征与测试
实验值 0.162 0.147 0.041 0.203 0.033 0.448 0.098 0.436 0.098
计算值 0.162 0.138 0.152 0.323 0.320
推荐值 0.162 0.138 0.202 0.444 0.430
催化剂表征与测试
一些典型的工业催化剂的比表面积
工业催化
多媒体讲义
催化剂表征与测试
催化剂表征与测试
催化剂表征与测试
• 表面积 • 孔结构 • 颗粒性质 • 机械性质和热性质 • 本体性质（组成与相结构） • 表面性质 • 活性
催化剂表征与测试
引 言
三方面的性质： • 化学组成和结构 元素组成、晶相结构和含量、表面组成 • 纹理组织及机械性质 纹理组织：颗粒大小和形状、孔结构、表面积、物 相间相互排列的方式 机械性质：工业应用必备的性质 抗磨性能、机械强度、抗热冲击性 • 活性 在给定条件下，催化剂促进某种化学转化的能力。
一、颗粒大小及其分布
5、其它方法 X射线衍射峰宽法：晶粒大小 小角X射线散射法：散射强度与颗粒大小关系 光散射法：如，激光粒度仪 电学原理：Coulter仪(电阻原理)
硅酸铝裂化催化剂的粒径分布 粒径范围, m 质量,% 0~20 3 20~45 35 45~60 25 60~90 25 >90 12
V孔 Vp W
催化剂表征与测试
压汞仪
压汞仪的核心部分示意图
压汞仪测定结果：汞压入曲线 汞压入体积－压力曲线 汞压入体积－孔径曲线
催化剂表征与测试
汞压入曲线
汞压入曲线示意图
催化剂表征与测试
孔径分布曲线
孔径分布曲线: D(r)-r关系曲线
催化剂表征与测试
(完整word版)氮气吸附脱附曲线
1。
I 类吸附等温线都有哪些特点?哪种多孔材料表现为I 类吸附等温线？I型等温线弯向P/P0轴，其后的曲线呈水平或近水平状，吸附量接近一个极限值,是典型的Langmuir等温线.吸附量趋于饱和是由于受到吸附气体能进入的微孔体积的制约，而不是由于内部表面积。
在P/P0非常低时吸附量急剧上升，这是因为在狭窄的微孔（分子尺寸的微孔)中，吸附剂—吸附物质的相互作用增强，从而导致在极低相对压力下的微孔填充.但当达到饱和压力时（P/P0>0。
99),可能会出现吸附质凝聚，导致曲线上扬.•微孔材料表现为I类吸附等温线。
对于在77K的氮气和87•K的氩气吸附而言，I（a):• 是只具有狭窄微孔材料的吸附等温线，一般孔宽小于1•nm。
•I(b）：• 微孔的孔径分布范围比较宽，可能还具有较窄介孔。
这类材料的一般孔宽小于2.5•nm。
•具有相对较小外表面的微孔固体（例如，某些活性炭，沸石分子筛和某些多孔氧化物）具有可逆的I型等温线。
其特点是吸附很快达到饱和。
•2。
II 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为II 类吸附等温线？无孔或大孔材料产生的气体吸附等温线呈现可逆的II 类等温线。
其线形反映了不受限制的单层-多层吸附.如果膝形部分的曲线是尖锐的，应该能看到拐点B，它是中间几乎线性部分的起点——该点通常对应于单层吸附完成并结束；如果这部分曲线是更渐进的弯曲（即缺少鲜明的拐点B），表明单分子层的覆盖量和多层吸附的起始量叠加。
当P/P0•=1 时，还没有形成平台，吸附还没有达到饱和,多层吸附的厚度似乎可以无限制地增加。
•3. III 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为III 类吸附等温线？III型等温线也属于无孔或大孔固体材料。
它不存在B点，因此没有可识别的单分子层形成;吸附材料-吸附气体之间的相互作用相对薄弱，吸附分子在表面上在最有引力的部位周边聚集。
对比II型等温线,在饱和压力点（即，在P/P0=1处）的吸附量有限。
吸附等温线及动力学
运用数学和统计方法对数据进行分 析，包括等温线模型的拟合、动力 学参数的计算等，以揭示吸附过程 的本质和规律。
结果展示和讨论要点
结果展示
将实验数据和分析结果以图表、表格和文字等形式进行展示，使得结果更加直观和易于理解。
讨论要点
对实验结果进行讨论和解释，包括吸附等温线的形状、吸附量和吸附强度等参数的变化规律及其影响因素，以及 动力学模型对实验结果的预测和解释能力等。同时，还可以探讨实验结果在实际应用中的意义和价值，以及未来 研究的方向和展望。
展的重要趋势。
复杂体系吸附研究
针对复杂体系的吸附行为研究将成为未来 发展的重要方向，包括多组分竞争吸附、 动态吸附等方面的研究。
跨学科交叉融合
随着计算机科学、人工智能等领域的快速 发展，未来有望通过跨学科交叉融合为吸 附领域的研究和应用带来新的突破。
THANKS
感谢观看
活化能计算
通过实验数据拟合得到活化能值，可用于评估 吸附过程的难易程度。
影响因素
温度、吸附剂性质、表面结构等均可影响活化能的大小。
03
吸附等温线实验方法与数 据处理
实验方法设计原则和实施步骤
设计原则
确保实验条件的一致性和可重复 性，选择合适的吸附剂和被吸附 物质，以及确定合适的温度、压 力和浓度范围。
影响因素
温度、压力（或浓度）、吸附剂性质（如比表面积、孔径分布等）、吸附质性 质（如分子量、极性等）以及共存物质等都会影响吸附等温线的形状和位置。
实验条件选择
为了获得准确可靠的吸附等温线数据，需要选择合适的实验条件，如温度范围、 压力（或浓度）范围、吸附剂和吸附质的用量、接触时间以及分析方法等。同 时，还需要进行多次重复实验以减小误差。
吸附解析等温线
吸附等温线的类型及特点物理吸附仪是微孔材料样品分析的常用设备之一，常被用于多孔材料比表面积和孔隙度的表征，能够提供比表面积、孔容及孔径分布等关键物性参数。
其工作原理所采用的气体吸附法（BET法）是在朗格缪尔(Langmuir)单分子层吸附理论的基础上，经南勃鲁纳尔（Brunauer）、爱曼特（Emmett）和泰勒（Teller）等三人推广得出的多分子层吸附理论（BET理论）。
「单分子层吸附理论」1916年，Langmuir 根据分子运动理论和一些假定提出单分子层吸附理论，基于一些明确的假设条件，得到简明的吸附等温式——Langmuir方程，既可应用于化学吸附，也可以用于物理吸附，因而普遍应用于现阶段多相催化研究中。
假定①：吸附剂表面存在吸附位，吸附质分子只能单层吸附于吸附位上；假定②：吸附位在热力学和动力学意义上是均一的（吸附剂表面性质均匀），吸附热与表面覆盖度无关；假定③：吸附分子间无相互作用，无横向相互作用；假定④：吸附-脱附过程处于动力学平衡。
式中，θ为表面覆盖度，V为吸附量，V m表示单分子层吸附容量，p为吸附质蒸汽吸附平衡时的压力，a为吸附系数/吸附平衡常数。
通过测定恒定温度下，不同吸附质压力所对应的气体吸附量，可以得到一条相对压力（P/P0）和吸附量的关系曲线，即吸附等温线。
由于Langmuir方程是一个理想的吸附公式，对应的是Brunauer定义的五种吸附等温线中的第一种——Langmuir型等温线，它代表了在均匀表面，吸附分子彼此没有作用，且吸附是单分子层情况下吸附达到平衡时的规律，但在实践中不乏与其相符的实验结果，这可能是实际非理想的多种因素互相抵消所致。
Type I：单分子层吸附等温线I类等温线呈现出一定压力后接近饱和的情况，又称Langmuir型等温线。
除单分子层吸附表现出I类等温线外，沸石、活性炭、硅胶等具有2-3 nm以下的微孔吸附剂，其吸附等温线也呈现第I类型。
这是因为相对压力由零增加时，微孔吸附剂在发生多层吸附的同时也发生了毛细孔凝聚，使吸附量急剧增加，所有微孔被迅速填满后，吸附量便不再随相对压力而增加，呈现出吸附饱和。
分子筛吸附动力学模型
分子筛吸附动力学模型分子筛吸附动力学模型是指根据吸附过程中分子在空间中移动的规律，对分子筛内部有效孔道中吸附物质的吸附行为进行理论研究和模拟的方法。
本文就分子筛吸附动力学模型的原理、应用以及新的研究进展进行介绍。
一、原理分子筛是一种具有微孔结构的材料，其孔径尺寸在1-10纳米之间。
由于孔径维度的限制，共价键的作用力可以与分子尺寸相比较，从而可限制分子的直接进入，并将小分子吸附在其孔道内部。
分子筛的这种特性使得它们广泛应用于分离和纯化、反应催化和气体吸附等领域。
分子的吸附行为通常可以描述为Langmuir型吸附等温线。
根据这一模型，吸附分子首先进入吸附层，然后与吸附底物相互作用，并以一定的速率吸附到吸附剂表面。
吸附-解吸过程是受到内部静电吸引力和温度效应的影响。
基于上述原理，研究者们提出了多种分子筛吸附动力学模型，从而能够更好地理解分子筛内吸附过程的规律，并优化分子筛的设计和研究。
二、应用分子筛吸附动力学模型在分离、纯化、催化和气体吸附等领域中得到了广泛的应用。
1. 分离和纯化分子筛可以根据其孔径尺寸、表面化学性质和亲和性，对化学物质进行分离和纯化。
分子筛中的分子筛铝酸盐晶体尺寸和孔径可以根据化学具有选择性地限制分子通过，从而分离出目标分子或化合物。
例如，分子筛可以用于分离出烷基化合物、价电子对缺失的离子、手性化合物等。
2. 反应催化分子筛可以用于引发反应催化剂的选择性，增加催化活性以及降低反应活性中心中不良反应的发生。
通过分子筛催化，可以增加特定反应的选择性和反应速率。
例如，沸石的催化作用可以通过上述吸附和反应机制来解释和解决脱氢、氧化和催化裂解等反应的机理。
3. 气体吸附分子筛具有高选择性和可逆性，其中的亲和力可以用于吸附和分离工业或环境中的各种气体。
例如，水与乙烯是相邻的气体，在气态混合物中升温至100摄氏度以上时可以以Wüsteror流动的形式出现。
采用分子筛吸附动力学模型可以预测这种流动现象的发生，并从中获取良好的气体分离。
吸附等温线解读
发生蒸发时的蒸汽压力不同
Vad
p / ps
1.0
p / ps
1.0
Langmuir 吸附等温式 Langmuir 基本假设 • 气体在固体表面上的吸附是单分子层的
• 被吸附的分子间无相互作用力
• 吸附剂表面是均匀的
• 吸附平衡是动态平衡
Langmuir 吸附等温式 Langmuir 公式推导 • 表面覆盖度 θ = V/Vm • 空白表面为 1 - θ
1 /n
V：吸附量 k，n：与温度、系统有关的常数，n一般大于1
1 lgV lg k lg p n
以lgV和lgp作图的适用范围比Langmuir公式要宽，适用 于物理吸附、化学吸附和溶液吸附。
BET 吸附等温式 BET基本假设 • 吸附可以是多分子层的 • 固体表面是均匀的 • 除第一层以外，其余各层的吸附热等于吸附质的 液化热
q f (T , p)
(1)T =常数，q = f (p)，称为吸附等温式 (2)p =常数，q = f (T)，称为吸附等压式
(3)q =常数，p = f (T)，称为吸附等量式
吸附等温线类型
类型 I
• 单分子层吸附、L型 Vad • p远低于ps时，固体表 面就几乎被完全覆盖， 达到饱和
举例
Langmuir 吸附等温式
ka p(1 ) kd
ka 令： a kd
ka p kd ka p
ap 1 ap
这公式称为 Langmuir 吸附等温式，式中a 称为 吸附平衡常数（或吸附系数），它的大小代表了固
体表面吸附气体能力的强弱程度。
Langmuir 吸附等温式
举例
水或乙醇在硅胶上的吸附
实验三 活性炭吸附实验--吸附等温式的确定
二、实验原理
三、实验装置与设备
（一）实验装置 本实验采用间歇性吸附操作， 即用三角烧杯装入活性炭和水样进行振荡的方 法。
（二）实验仪器及药剂 1．振荡器 1台 2．颗粒状活性炭 500g 3．分光光度计 1套 4．温度计（刻度0－100℃） 1支、 5、亚甲兰溶液： 10mg/L
4．从吸附等温线上求出K、n值，代入公式求 出弗罗德里希吸附等温式。
实验温度：
气压：
溶液pH：
样品编号
1
23
4
5
亚甲兰初浓度C0 （mg/L）
10 10 10 10 10
活性炭粉末重m（g/L）0
5
10
15
20
亚甲兰平衡浓度C （mg/L）
lg C
吸附亚甲兰量 x（mg）
qe＝x/m g qe
线图。
吸附平衡与吸附等温式
1、Langmuir朗格缪尔等温式
Langmuir假设：（1）吸附剂表面均一，各处的吸附能相同； （2）吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸 附量达到最大值。
（3）被吸附分子之间没有作用力。
取倒数
2、Freundlich弗劳德利希吸附等温式
qe = K Ce1/n
实验三 活性炭吸附实验
---弗罗德里希吸附等温式的确定
Freundlich弗劳德利希吸附等温式
qe = K Ce1/n
K——Freundlich吸附常数; Ce——平衡浓度，mg/L。 n——常数，通常n>1.
吸附原理
吸附的分类与机理
没有选择性
物理吸附
靠分子间力产生的吸附
多分子层吸附
吸附剂的比表面积 和细孔分布影响大
分子筛催化剂及其催化作用
孔道的形状：分子筛的孔道有直形孔道和 笼装（呈葫芦状）孔道两种。
第三节 几种常见沸石分子筛的结构
3.1.2 A型分子筛的晶胞化学组成式
1、单胞组成：Na96[Al96Si96O384] ·216H2O 笼平均含：Na12[Al12Si12O48] ·27H2O
第一节 分子筛的结构
1.4硅铝酸盐分子筛晶胞化学组成表示式
分子筛多为结晶硅铝酸盐，其晶胞化学组成式 有两种表示方法
1、表示方法一：M 2/nO .Al2O3 .xSiO2.yH2O
M—金属阳离子，Na+、K+、Ca2+等，人工合成时通常为
Na+。
n—金属阳离子价数。
（若n=1，M的原子数=Al原子数；n=2 时，M原子数为 Al原子数的一半。）
第二节 分子筛的三级结构层次
α笼
①6个八元环、8个六元环和12个 四 元 环 组 成 的 二 十 六 面 体 ， 有 48 个顶角 ②空腔体积760 Å3
平均笼直径11.4Å 最大窗孔：八元环，孔径 4.2Å ③ 是A型分子筛的主晶穴（孔穴）
第二节 分子筛的三级结构层次
八面沸石笼（超笼）
① 4个十二元环、4个六元环 和 18 个 四 元 环 组 成 的 二 十六面体，有48个顶角
各元环的孔径
环
有效直径 Å
四元环 约1.0
五元环 1.5
六元环 2.2
八元环 4.2
十元环 十二元环
6.3
8.0-9.0
第二节 分子筛的三级结构层次
2.3分子筛的第三结构层次-多面体和笼
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沸石分子筛吸附等温曲线
沸石分子筛吸附等温曲线描述了在一定温度下，沸石分子筛吸附剂与特定气体或液体之间的吸附关系。
该曲线通常是吸附量与吸附剂的平衡浓度之间的关系。
沸石分子筛吸附等温曲线一般分为以下几个区域：
1. 平坦区：在低浓度范围内，吸附剂的吸附能力较弱，吸附量相对较低，沸石分子筛表现出较大的吸附垂直。
2. 上升区：当浓度增加时，吸附能力逐渐增强，吸附量逐渐增加，但增加的速率逐渐减慢。
3. 饱和区：当浓度达到一定程度时，吸附剂表面的活性位点已经全部占满，吸附量不再增加，达到吸附平衡状态。
此时，吸附容量已经达到最大值。
4. 下降区：当浓度进一步增加时，吸附剂开始发生饱和或部分解吸现象，吸附量开始下降。
通过测量吸附剂吸附剂与气体或液体之间的吸附量，可以实时监测和分析吸附剂的性能和吸附剂与特定气体或液体之间的吸附关系，从而确定吸附剂的最佳工作条件。
需要注意的是，沸石分子筛吸附等温曲线受到温度、压力和吸附剂类型等因素的影响，不同的条件下曲线形态会有所变化。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行实验和分析。