附类型。许多的研究工作表明,固体表面吸附液体或气体,当达到平衡时,其吸附量q*与温度和液体或气体浓度c有关:
q*=f(c,T)
温度一定时,吸附量q*与温度c之间的函数关系成为吸附等温线,即等温情况下的吸附模型。
3.1 Langmuir吸附模型
Langmuir分子吸附模型是根据分子间力随距离的增加而迅速下降的事实,提出气体分子只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有可能被吸附,即气体分子与表面相接触时吸附的先决条件。Langmuir认为固体表面上各个原子的力场不饱和,可吸附碰撞到固体表面的气体分子或溶质分子。当固体表面上吸附了一层分子后,这种力场就被饱和,因此吸附层是单分子层。他还假设固体表面上均匀的,吸附的分子间无相互作用。
Langmuir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,能够较好的代表实验结果。但由于它的假定不够严格,具有相当的局限性。当有多种组分在固体表面同时发生吸附时,它们之间将产生竞争吸附。竞争吸附的Langmuir模型可以描述多组分吸附情况。尤其当固体表面的吸附作用相当均匀,且吸附限于单分子层时,能够较好的代表实验结果。 化学吸附一般式单分子层,Langmuir模型特别适用。
3.2 Freundlich吸附模型
关于固体对气体的吸附,现代理论认为,固体表面是不均匀的,提出具有吸附活性中心概念。有人认为由于固体表面的不均匀性,将导致形成不同类型的活动中心,这些不同类型的活动中心对气体分子的亲和力是不同的。同时认为一个气体分子未必被一个活性中心吸附,很可能被固体表面相邻的两个或两个以上的活性中心吸附。因此,我们假定,对于由一定数目的同种分子组成的理想气体,若其中有N个分子被固体表面上的B个活性中心吸附,一般情况下均有N1。
平衡时的吸附量,即固体吸附剂单位表面积上所吸附的吸附质的物质的量,其值应与固体表面单位面积上气体分子占据的活性中心数成正比,称为吸附质的
表面浓度。对于吸附过程来说Le Chateler原理可以适用,并认为吸附和脱附速率均遵循质量作用定律。当吸附达到平衡时:
式中K为吸附平衡常数若将上式加以改写的因此对于吸附限很大的吸附剂来说上式就变为固吸附体系为一常数即为Freundlich吸附等温式。
Freundlich被广泛使用来近似关联数据。
因为压力不是太高,,定温下,对给定的气
3.3 BET吸附模型
Brunauer、Emmelt和Teller三人于1938年提出多分子层吸附理论,其基本假设是:多分子层不必吸附满了一层再吸附第二层分子;平衡时,被占据的和为占据的面积不变各种高度分子层覆盖的面积不变;第一层吸附与第二,三?层间的吸附力的性质不同,第一层分子与固体之间的作用一般式化学力,第二层以上为同种分子之间的作用力。他们在这些假设的基础上,根据吸附达到平衡时,每一层的凝聚速度与蒸发速度相等,导出熟知的BET吸附等温式。BET理论基本上描述了吸附的一般规律。
BET吸附模型最重要的应用是测定吸附剂或催化剂的比表面,从所得的值可以计算铺满单分子层的分子个数。若已知每个分子所占面积,即可得到表面积。
3.4 相平衡吸附模型
Abdul R.Khan等人基于液液热力学理论和气-液或固-液两相平衡理论,从相平衡出发,根据两相间化学势相等,发展了相应分子吸附模型。
以液-固体系为例,模型推到过程是:假定溶质分子被吸附在多孔介质上,多孔介质有恒定的孔隙率,而且有均一的分布,溶质将均一的吸附在固定相上,因此可以把固定相当做一种溶质的固定溶液,这就可以采用相的平衡热力学理论进行推导。
基于吸附组分在固定相和液相中化学势相等,则活度相等。如果固相当做理想情况处理,但对于不理想的情况,必须由超额的Gibbs函数得出。
4 展望
由于吸附现象的重要,各种模型层出不穷。随着新表面现象的利用,研究和
思考的新角度,新的模型也不断涌现,为其工业应用提供新的方法和工具。不断开拓吸附作用在生产活动和新兴技术中的应用。在混合物分离和净化方面吸附方法是传统的通用方式,随着生产的发展,对产物纯度要求的提高及因降低生产成本而对生产流程不断改进,吸附剂的选择性、吸附效率,甚至机械强度的要求也不断变化和提高。研究不断改进现有的实际应用的吸附方法和使用者一方法在更多、更新的领域中得到应用才能使吸附作用这一基础课题更具生命力。
不断深化吸附作用的基础性研究。随着现代科学技术的发展,与超高真空技术、电子学、计算机技术紧密联系的多种用于表面分析的手段相继出现,这就有可能从原子、分子水平上研究吸附作用,从而可以深入的从微观本质上对吸附理论予以论证。因此,无论从实际应用还是从理论上,吸附作用的研究都需要和应当的到大的发展。
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