吸附及吸附过程教学课件

第一章吸附及吸附过程1,1吸附及吸附平衡吸附作用,物理吸附,化学吸附,吸附势能曲线,吸附平衡,平衡吸附量。12吸附热力学气体吸附等温线、吸附等(温)压线、等量线,吸附等温方程,吸附热及其测定13吸附动力学及动态学吸附速率,吸附传质过程、吸附动力学方程,流出曲线及其测定,吸附传质区、吸附前沿。2018/10/9吸附材料及应用1吸附及吸附平衡■吸附、脱附、吸收、吸着吸附(adsorption)一种物质的分子、原子或离子能自动地附着在某固体表面上的现象。或:在任意两相间的界面层,某物质的浓度能自动地发生变化的现象,皆称为吸附吸附(adsorption)-当两相组成一个体系时,其组成在两相界面(nterface)与相内部是不同的,处在两相界面处的成分产生了积蓄(浓缩)。这种现象称为吸附。2018/10/9吸附材料及应用1吸附及吸附平衡■吸附、脱附、吸收、吸着吸附剂(adsorben)-具有吸附能力的物质。如活性炭吸附质(adsorbate)被吸附的物质。如:溴。脱附(desorption)-已被吸附的原子或分子,返回到液相或气相,称之为解吸或脱附。吸收absorption)-原于或分子从一个相主体均匀地进入另一个相的内部(扩散),称为吸收。它与吸附是不同的吸着(sorption)-当吸附与吸收同时进行时称为吸着。2018/10/9吸附材料及应用11吸附及吸附平衡(1)形成吸附原因■固体表面是不均匀的,即使从宏观上看似乎很光滑,但从原子水平上看是凹凸不平的。Terrace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。通常它们是定位的ˇ由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性,它可以吸附气体或液体分子,使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同2018/10/9吸附材料及应用(1)形成吸附原因11吸及吸附平衡固体表面层物质受到指向内部的拉力,这种不平衡力场的存在导致表面吉布斯函数的产生。固体不能通过收缩表面降低表面吉布斯自由能,但它可利用表面的剩余力,从周围介质捕获其它的物质粒子,使其不平衡力场得到某种程度的补偿,致使表面吉布斯函数的降低。周围介质中其它的物质粒子受力不均匀固体表面上的原子或分子,不可移动。不平衡力场得到某种程度的补偿2018/10/9吸附材料及应用(1)形成吸附原因11吸附及吸附平衡区证网大多数固体比液体具有更高的表面能。剩余表面能一溶质浓集一定T、P,被吸附的量随吸附面积的增加而加大。比表面很大的物质,如粉末状或多孔性物质,往往有良好的吸附性能。脱附(解吸)气体(吸附质)吸附被吸附的物质吸附气的物质一体(吸附剂2018/10/9吸附材料及应用(2)物理吸附11吸附及吸附平衡区证网√分子间力一物理吸附(physicaladsorption,physisorption)是吸附剂和吸附质之间通过分子间力(范德华力、氢键作用力)相互吸引形成的吸附现象√吸附(放)热较小一为气体冷凝焓数量级,约42kJ/mo或更少。例:29815K,H2O(g)在氧化铝上吸附焓△H12=45kJ/mol,水蒸气冷凝焓△Hn=4kJ/mo1。多数气体物理吸附焓△Hn<2k/mol,不足以导致化学键断裂。√没有选择性一任何固体可以吸附任何气体,一般易液化的气体易被吸附,但吸附量会有所不同。ˇ易解吸(脱附)吸附作用力较弱,解吸(脱附)较易于进行。2018/10/9吸附材料及应用(2)物理吸附11吸附及吸附平衡√单层或多层分子吸附·吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时,其吸附热比较低。吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸附机理,与气体的液化和蒸汽的冷凝时的机理类似。√物理吸附过程是可逆的,几乎不需要活化能即使需要也很小),吸附和解吸的速度都很快,易达平衡。√吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。■总之:物理吸附仅仅是一种物理作用,没有电子转移,没有化学键的生成与破坏,也没有原子重排等。2018/10/9吸附材料及应用(3)化学吸附11吸附及吸附平衡√作用力是化学键力一化学吸附(chemicaladsorptionchemisorption被吸附的分子和吸附剂表面的原子发生化学作用,在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。√吸附热较大-化学吸附类似于表面化学反应,化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热,比物理吸附大得多,一般都在40kJ/mo-400kJmo的范围,典型值200kJ/molv选择性比较强固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子,如酸位吸附碱性分子,反之亦然。2018/10/9吸附材料及应用(3)化学吸附11吸附及吸附平衡√化学吸附吸附很稳定,一旦吸附,就不易解吸。√吸附需要活化能,吸附与解吸的速率都较小,不易达吸附平衡。温度升高,吸附和解吸速率加快。较高温度,才能发生明显的化学吸附.√吸附是单分子层的。化学吸附容量的大小,随被吸附分子和吸附剂表面原子间形