固体表面的吸附精品课件.ppt
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- 关 键 词:
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1、固体表面的吸附固体表面的吸附固体表面的特性固体表面的特性 固体表面上的原子或分子与液体一样,受力固体表面上的原子或分子与液体一样,受力也是不均匀的,而且不像液体表面分子可以移动,也是不均匀的,而且不像液体表面分子可以移动,通常它们是定位的。通常它们是定位的。Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡石蜡 聚乙烯聚乙烯 云母云母/(mJ m-2)200 800 190 1200 25.4 33.1 2400大多数固体比液体具有更高的表面能大多数固体比液体具有更高的表面能 固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集,以求降低表面能的趋势。集,以求降低表面能的
2、趋势。固体表面的气体或液体的浓度高于其本体固体表面的气体或液体的浓度高于其本体浓度的现象,称为浓度的现象,称为固体的表面吸附固体的表面吸附。广泛的应用:广泛的应用:干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处理、催化剂、理、催化剂、当气体或蒸汽在固体表面被吸附时,固体称为当气体或蒸汽在固体表面被吸附时,固体称为吸附剂,被吸附的气体称为吸附质。吸附剂,被吸附的气体称为吸附质。常用的吸附剂有:常用的吸附剂有:硅胶、分子筛、活性炭等硅胶、分子筛、活性炭等。为了测定固体的比表面,常用的吸附质有:为了测定固体的比表面,常用的吸附质有:氮氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等气、
3、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。2.Basic concepts (1)adsorbent(吸附剂吸附剂)and adsorbate(吸附质吸附质)(2)adsorption equilibriumAt equilibrium:ra=rdra:rate of adsorptionrd:rate of desorption(3)Amount adsorbed(吸附量)吸附量)S+G SGadsorption desorption3-1/mgqV m单位:(2)(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。-1/mol gqn m单位:(1)(1)单位质量的吸附剂所吸附
4、气体的体积。单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。体积要换算成体积要换算成标准状况标准状况(STP)(STP)(4)Adsorption curves 对于一定的吸附剂与吸附质的体系,达到吸附对于一定的吸附剂与吸附质的体系,达到吸附平衡时,吸附量是温度和吸附质压力的函数,即:平衡时,吸附量是温度和吸附质压力的函数,即:通常固定一个变量,求出另外两个变量之间的通常固定一个变量,求出另外两个变量之间的关系,例如:关系,例如:(,)qf T p(a)T=常数,常数,q=f(p),得吸附等温线。,得吸附等温线。(b)p=常数,常数,q=f(T),得吸附等压线。,得吸附等压线。(c)q=常数,常数,p=f(
5、T),得吸附等量线。,得吸附等量线。(a)吸附等温线的类型吸附等温线的类型 从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。常见的吸附等温线有如下常见的吸附等温线有如下5种类型:种类型:(图中图中p/ps称为称为比压比压,ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压,是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压,p为吸为吸附质的压力附质的压力)吸附等温线的类型吸附等温线的类型()在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的
6、吸附。qpT1T2T3VpVpVpVp吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()常称为常称为S S型等温线。型等温线。吸附剂孔径大小不一,吸附剂孔径大小不一,发生多分子层吸附。在发生多分子层吸附。在比压接近比压接近1 1时,发生毛细时,发生毛细管和孔凝现象。管和孔凝现象。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()这种类型较少见。这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种作用很弱时会出现这种等温线,如等温线,如352K352K时,时,BrBr2 2在硅胶上的吸附。在硅胶上的吸附。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()多孔吸附剂发生多多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有
7、这种分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时,等温线。在比压较高时,有毛细凝聚现象。例如有毛细凝聚现象。例如在在323K323K时,苯在氧化铁时,苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种凝胶上的吸附属于这种类型。类型。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()发生多分子层吸发生多分子层吸附,有毛细凝聚现象。附,有毛细凝聚现象。例如例如373K373K时,水汽在时,水汽在活性炭上的吸附属于活性炭上的吸附属于这种类型。这种类型。(b)吸附等压线吸附等压线(c)吸附等量线吸附等量线p1 p2 p3VTpTV1 V2 V33.Adsorption isothermal equations(1)Langmuir e
8、quation(1916)(a)Adsorption is monolayer.(b)The surface of solid is uniform.(c)There is not interacting force among the molecules adsorbed.Basic assumptions:Considered adsorption as a reaction G+S SGkakdka,kd:分别为吸附和解吸分别为吸附和解吸(脱附脱附)过程的速率系数过程的速率系数吸附速率:吸附速率:)1(pkraap:被吸附气体的压力:被吸附气体的压力:表面覆盖率:表面覆盖率(fracti
9、on of the surface covered)1-:表面空白率表面空白率(fraction of the surface vacancy)脱附速率:脱附速率:ddkr )1(mequilibriuat dadakpkrr 1 apap或maxmax 1qVapqVap Langmuir isothermal adsorption equation a=ka/kd:吸附系数吸附系数(adsorption coefficient)(吸附平衡常数)吸附平衡常数)VpVmaxDiscussion:(a)isotherm:at low pressure,ap1,ap,Vp at high pres
10、sure,ap1,1,V=VmaxVmax:saturated amount of adsorption (即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)Vm是一个重要参数。从吸附质分子截面积是一个重要参数。从吸附质分子截面积Am,可,可计算吸附剂的总表面积计算吸附剂的总表面积S和比表面和比表面A。(b)方程式可改写为方程式可改写为:1 mmppVVaV 以以p/V对对p作图作图,可求可求Vmax 和和a.pp/V )(/(c)Tfkkaba )ln(2RTHTaapHa:等压吸附热等压吸附热(adsorption heat at constant pressu
11、re)In general Ha 0 T,a,2ln ():adsorption heat at constant amountaVaHpTRTH aaHHTp(d)Other situations 一个吸附质分子吸附时解离成两个粒子的吸附一个吸附质分子吸附时解离成两个粒子的吸附2aa(1)rk p达到吸附平衡时:达到吸附平衡时:2d2a)1(kpk则则Langmuir吸附等温式可以表示为:吸附等温式可以表示为:2/1212/12/11papa/2ddrkLangmuir吸附等温式吸附等温式多组分吸附多组分吸附当当A和和B两种粒子都被吸附时,两种粒子都被吸附时,A和和B分子的吸附与分子的吸附与
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