Polanyi 吸附势理论 及其发展应用.ppt

1、Polanyi 吸附势理论 及其发展应用,甘 霖 贾世开 2008/05/27,OUTLINE,1. Polanyi吸附势理论提出的时代背景 2. Polanyi吸附势理论的要点 3. Polanyi吸附势理论的发展及应用 4. 总结。,1814年，de Saussure提出吸附剂对吸附质有吸引力，据表面越近，引力越大，吸附质密度也越大。 1914年，Euken将这种引力引申为吸附势。 随后，Polanyi以定量表达式描述吸附势。,Polanyi吸附势理论提出的时代背景1,Polanyi吸附势理论的要点1,不对吸附图像给予某些假设的限制 不涉及固体表面的均匀性 离表面越近，引力越大 吸附空间内

2、各处都存在吸附势 吸附势相等的点构成吸附面 吸附势与吸附体积V的关系对任 何温度都是相同,Polanyi吸附势理论的要点,Polanyi认为吸附的三种情况 当吸附温度T远低于吸附质气体的临界温度Tc时，吸附膜液态； 当T略低于Tc时，吸附膜为液态与压缩气体混合体； 当T大于Tc时，吸附膜为压缩气态。,吸附特性曲线及吸附势i,吸附空间中i点处吸附势i 为1mol理想气体从气相中平衡压力P 压缩到吸附温度T之饱和蒸气压P0时所需之功 Vi为与i相对应的吸附体积，x为气体的吸附质量，T为吸附温度T时液态吸附质的密度。,P338 图8-22 .（界面化学基础 赵振国等）,不同吸附质特性曲线的相关性及,

3、物理吸附主要作用力为色散力 对于同一吸附剂，A，B分子在距表面x处 吸附势用London色散作用势能表述为： （和I为对应的极化率和电势能） 由于对于吸附剂I为常数，吸附分子和I也为常数，则 称为亲和系数,Dubinin-Radushkevich方程,吸附等温势的数学表达 V0为极限吸附体积， 称为亲和系数，K与孔结构有关的常数，对于微孔m=2。 公式推导 依据特性曲线的形状特点，提出孔分布呈Gaussin分布的假设，导出公式 带入吸附势的表达式，可得D-R方程。,D-R方程应用,将D-R方程转化可得 以lgV0对于lg(P0/P)2做直线图，对与微孔吸附剂线性很好。 但是对于P0/P较高时，

4、由于吸附剂所含的中孔和大孔，偏离较大。 主要用于多孔吸附剂中微孔吸附，可以估算微孔容积。,Polanyi吸附势理论的发展及应用2（MPTA）,MPTA(Multicomponent Potential Theory of Adsorption) 将Polanyi吸附势应用于固液吸附 中心思想是将吸附相中的化学势分为液液与液固相互作用两项之和； 下标B代表体相，i代表物质，z为i距吸附剂表面的距离，与分别代表 化学势与吸附势。上式左边依次为L-L与L-S作用项。,Polanyi吸附势理论的发展及应用(MPTA),Dubinin-Astakhov方程(即L-S项)： 上式为吸附势i与距离z之间的定

5、量关系，吸附剂容量Z0为吸附剂多空结构的真实体积，特征能0i为微孔结构的平均孔径。,Polanyi吸附势理论的发展及应用（MPTA）,表面超量ni的定义： (z)为z处的摩尔密度,Polanyi吸附势理论的发展及应用（MPTA）,以上三式联立即可得到p(z)与x(z)在吸附相中的分布，进而求得摩尔密度(z),最终得到各物质的表面超量ni (一般取2),Polanyi吸附势理论的发展及应用（MPTA）,简化模型： 对于两组分体系：假设只有溶质与吸附剂接触，则solvent(z)=0, 并有下式成立(L-L项采用SPK3方程)： 1代表溶质，2代表溶剂。在此情况下，溶质的表面超量n1一直为正，溶剂

6、的表面超量n2一直为负，这样得到的等温线为U型线；假如表面超量ni有正有负，则说明此时溶剂也与吸附剂有接触，这样得到的等温线为S型线。 只保留吸附剂容量Z0与特征能0i两个变量，=2。,Polanyi吸附势理论的发展及应用（MPTA）,U型线； 从图中可以看出使用2个变量的简化模型与实验数据符合得很好，同时与使用3个变量的模型相接近；,Polanyi吸附势理论的发展及应用（MPTA）,S型线； 线型符合得很好，但具体数据符合得较差。原因可能源于SPK对体系描述的不精确。,总 结,Polanyi首先以定量表达式形式表达吸附势，使得以定量 研究吸附现象成为可能； MPTA理论的提出使得对多物质体系的液相吸附现象的定 量研究得以实现； MPTA对U型吸附可以较好的描述，对S型吸附等温线的偏 离，可以通过改进L-L与L-S相互作用项的表达形式来得到 更好的结果。,主要参考文献： 1.界面化学基础 赵振国等 化学工业出版社 2. Prediction of adsorption from liquid mixtures in microporous media by the potential theory , Matias A. Monsalvo, Elsevier,261,2