固体表面吸附.PPT

1、1 胶体与界面化学 导论（五） 环境工程专业 表面活性剂具有的那些重要性质，与表面活性剂的结构和特性有关系吗？ 表面活性剂为什么能在表面形成表面吸附和定向排列？什么情况下，表面活性剂会在溶液中形成胶束？ 为什么气泡、液滴和肥皂泡都是球型？它们受到的附加压力相等吗？为什么气泡比肥皂泡容易破裂？ 纯液体、溶液和固体各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态？32.7 固体表面上的气体吸附作用固体表面上的气体吸附作用 Adsorption on solid surface 1. Surface energy of solids and adsorption on surface of solidsSo

2、lid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 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 4 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。 2. Basic concepts (1) adsorbent(吸附剂) and adsorbate (吸附质) 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，称为固体的表面吸附。浓度的现象，称为固体的表面吸附。广泛的应用：干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处理、催化剂、5(2) adsorption equilib

3、rium S + G At equilibrium : ra = rdra : rate of adsorptionrd : rate of desorption (3) Amount adsorbed (吸附量）)kg(mol )kg(m 1 -1 -3,adsorbentadsorbateadsorbentSTPgmnmV SGadsorption desorption6(4) Adsorption curves(a) 吸附等温线 ),( pTfFor a given adsorbent and adsorbatepT1T2T37pppp8(b) 吸附等压线(c) 吸附等量线p1 p2 p

4、3TpT1 239（5） 物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附 Physical adsorption and chemical adsorption 物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附吸附力 范德华力 化学键力吸附热 较小(液化热) 较大选择性 无选择性 有选择性稳定性 不稳定,易解吸 稳定分子层 单分子层或多分子层 单分子层吸附速率 较快, 较慢. 受温度影响小 受温度影响大103. Adsorption isothermal equations(1) Langmuir equation (1916)(a) Adsorption is mo

5、nolayer. (b) The surface of solid is uniform. (c) There is not interacting force among the molecules adsorbed.Basic assumptions:11Considered adsorption as a reaction G + S SGkakdka , kd : 分别为吸附和解吸(脱附)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：表面覆盖率(fraction of the surface covered)1- : 表面空白率(fraction o

6、f the surface vacancy)脱附速率：脱附速率： ddkr 12 )1 ( mequilibriuat dadakpkrr 1 apap或 1maxmaxapapVVLangmuir isothermal adsorption equation a= ka/kd : 吸附系数(adsorption coefficient) (吸附平衡常数）13Discussion:(a) isotherm: at low pressure , ap1,ap, p at high pressure, ap1, 1, = maxmax: saturated amount of adsorption

7、 (即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量) pmax14 (b) 方程式可改写为:mmmmaVpVpVpappor 1以p/(或p/V)对p作图,可求max(Vmax) 和a.pP/V15 )(/ (c)Tfkkaba )ln( 2RTHTaapHa : 等压吸附热(adsorption heat at constant pressure)In general Ha 0 T ， a， 16amountconstant at heat adsorption :)ln( 2aaHRTHTpaaHHTp17 Dissociation of adsorbateA2 + 2S = 2AS )1 ( 2

8、2dakpk )(1)( 2/12/1apap(d) Other situations18(2) Freundlich equation ln1lnlnor /1pnkkpn本式原为经验方程式, k、n为经验常数后在下述假设模型下，自理论导出（a) 吸附为单分子层吸附 (b) 固体表面是不均匀的 ln 0AHHa19(3) Temkin equation )ln()ln( BpaRTBpA理论模型：(a) 单分子层吸附(b) 固体表面是不均匀的 Ha= H0 - A20 adsorption of multi - component A + S = AS bA, A B + S = BS bB

9、 , B )1 ( )1 ( ,BBdBABBaAAdBAAAakpkkpk 1 iiiiipbpb21（4）BET(Brunauer-Emmett-Teller) equation (1938)Basic assumption (a) Adsorption is multilayer (b) Surface is uniform and there is not interacting force among the molecules adsorbed.(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to t

10、he condensed heat of gas.22 /) 1(1)( vvmppcppcpVVVm: saturated amount of monolayer adsorptionc : constant dependent on adsorption heatpv : saturated vapor pressure of adsorbat liquid at adsorption temperature BET方程（吸附层数没有限制）2311)/()/)(1(1)/()/)(1(1)(nvvnvnvvmppcppcppnppnppcpVVBET方程（吸附仅限于 n层） 24Discussion:(二参数方程二参数方程:) 使用范围: p/pv=0.05 0.35 方程可改写为: 11)( cVppcVcppVpmvmv用p/V(pv-p) 对 p/pv 作图,得一直线,从直