82吸附平衡課件

8.2吸附平衡一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，吸附質(zhì)在兩相中的含量不再改變，即吸附質(zhì)在流體和吸附劑上的分配達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，稱為吸附平衡。8.2吸附平衡一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附；反之，流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度時(shí)，吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)將解吸進(jìn)入流體相，直到達(dá)到新的吸附平衡?？梢?，吸附平衡關(guān)系決定著吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)吸附平衡的常用表示方法有兩種：（1）吸附質(zhì)在流體中的濃度（液體）或分壓（氣體）；（2）吸附劑上吸附的吸附質(zhì)的量，克（或摩爾）吸附質(zhì)／克（或表面積）吸附劑。吸附平衡的常用表示方法有兩種：

目前尚沒有成熟的理論來估計(jì)流體－固體之間的吸附平衡關(guān)系。因此，需要對(duì)特定的物系實(shí)驗(yàn)測(cè)定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上吸附質(zhì)的吸附量與流體中吸附質(zhì)濃度或分壓的關(guān)系曲線，這種曲線稱為吸附等溫線。另外，在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關(guān)系曲線稱為吸附等壓線；在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關(guān)系曲線稱為吸附等容線。這里只介紹應(yīng)用最廣的吸附等溫線。

8.2.1氣體吸附平衡

一、純氣體吸附平衡Brunauer的五種類型的純氣體物理吸附等溫線8.2.1氣體吸附平衡

一、純氣體吸附平衡BrunauerLangmuir吸附等溫線(I型)假設(shè)表面處處均一

(所有吸附位點(diǎn)在能量上完全相同)

單分子層吸附(沒有多層吸附)

被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用Inadp/p0pQLangmuir吸附等溫線(I型)假設(shè)Inadp/p0p

II型和IV型等溫線多層吸附(從點(diǎn)B開始)對(duì)無孔材料比較適用在低壓下類似于II型在高壓下發(fā)生孔內(nèi)冷凝p/pIInad0BIVnadp/p0BII型和IV型等溫線多層吸附(從點(diǎn)B開始)在低壓下III型和V型等溫線IIInadp/p0Vnadp/p0吸附質(zhì)之間具有強(qiáng)相互作用,比如當(dāng)水分子吸附到疏水性活性炭上時(shí)在低壓下類似于III型在高壓下發(fā)生孔內(nèi)冷凝III型和V型等溫線IIInadp/p0Vnadp/p0（1）亨利定律在足夠低的濃度范圍，吸附平衡關(guān)系可用亨利定律表述：

或亨利常數(shù)（1）亨利定律在足夠低的濃度范圍，吸附平衡關(guān)系可用亨利定律表（2）Langmuir吸附等溫方程Langmuir基于單分子層吸附理論對(duì)氣體推導(dǎo)出簡(jiǎn)單和廣泛應(yīng)用的近似表達(dá)式：

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定單分子層最大吸附量Langmuir常數(shù)，與溫度有關(guān)（2）Langmuir吸附等溫方程Langmuir基于單分子盡管與Langmuir方程完全吻合的物系相當(dāng)少，但有大量的物系近似符合。該模型在低濃度范圍就簡(jiǎn)化為亨利定律。Langmuir模型被公認(rèn)為定性或半定量研究變壓吸附系統(tǒng)的基礎(chǔ)。盡管與Langmuir方程完全吻合的物系相當(dāng)少，但有大量82吸附平衡課件（3）Freundlich和Langmuir-Freundlich吸附

等溫方程

Freundlich方程是用于描述平衡數(shù)據(jù)的最早的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式之一，其表達(dá)式為：

特征常數(shù)，與溫度有關(guān)（3）Freundlich和Langmuir-FreundlFreundlich方程不但適用于氣體吸附，也適用于液體吸附。就氣體吸附而言，壓力范圍不能太寬，在低壓下不能簡(jiǎn)化成亨利定律，壓力足夠高時(shí)又無確定的使用極限，通常適于描述窄范圍的吸附數(shù)據(jù)。大范圍的數(shù)據(jù)也可分段關(guān)聯(lián)。Freundlich方程不但適用于氣體吸附，也適用于液體吸附Langmuir-Freundlich吸附等溫方程：

純經(jīng)驗(yàn)方程Langmuir-Freundlich吸附等溫方程：

二、氣體混合物吸附平衡(1)Langmuir方程擴(kuò)展式忽略各吸附組分之間的相互作用，其他組分的吸附僅僅減小了吸附表面上的空位:純組分吸附時(shí)的對(duì)應(yīng)值二、氣體混合物吸附平衡(1)Langmuir方程擴(kuò)展式忽略(2)Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式Langmuir方程擴(kuò)展式和Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式缺乏熱力學(xué)一致性，故理論依據(jù)不充分，只具有半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，但應(yīng)用起來比較簡(jiǎn)便。(2)Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式L8.2.2液相吸附平衡液相吸附機(jī)理比氣相復(fù)雜，除溫度和溶質(zhì)濃度外，吸附劑對(duì)溶劑和溶質(zhì)的吸附、溶質(zhì)的溶解度和離子化，各種溶質(zhì)之間的相互作用以共吸附現(xiàn)象等都會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生不同程度的影響。8.2.2液相吸附平衡液相吸附機(jī)理比氣相復(fù)雜，除溫度(1)液相吸附等溫線的分類吸附等溫線形狀的變化與吸附層分子和溶液中分子的相互作用有關(guān)。如果溶質(zhì)形成單層吸附，它對(duì)溶液中溶質(zhì)分子的引力較弱，則曲線有一段較長(zhǎng)的平坡線段。如果吸附層對(duì)溶液中溶質(zhì)分子有強(qiáng)烈的吸引力，則曲線陡升。(1)液相吸附等溫線的分類吸附等溫線形狀的變化與吸附層(2)吸附等溫方程

Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)于低濃度溶液的吸附也適用。當(dāng)用于液體時(shí)，壓力P用濃度c代替:(2)吸附等溫方程Langmuir方程和Freundl8.2吸附平衡一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，吸附質(zhì)在兩相中的含量不再改變，即吸附質(zhì)在流體和吸附劑上的分配達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，稱為吸附平衡。8.2吸附平衡一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附；反之，流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度時(shí)，吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)將解吸進(jìn)入流體相，直到達(dá)到新的吸附平衡?？梢姡狡胶怅P(guān)系決定著吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)吸附平衡的常用表示方法有兩種：（1）吸附質(zhì)在流體中的濃度（液體）或分壓（氣體）；（2）吸附劑上吸附的吸附質(zhì)的量，克（或摩爾）吸附質(zhì)／克（或表面積）吸附劑。吸附平衡的常用表示方法有兩種：

目前尚沒有成熟的理論來估計(jì)流體－固體之間的吸附平衡關(guān)系。因此，需要對(duì)特定的物系實(shí)驗(yàn)測(cè)定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上吸附質(zhì)的吸附量與流體中吸附質(zhì)濃度或分壓的關(guān)系曲線，這種曲線稱為吸附等溫線。另外，在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關(guān)系曲線稱為吸附等壓線；在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關(guān)系曲線稱為吸附等容線。這里只介紹應(yīng)用最廣的吸附等溫線。

8.2.1氣體吸附平衡

一、純氣體吸附平衡Brunauer的五種類型的純氣體物理吸附等溫線8.2.1氣體吸附平衡

一、純氣體吸附平衡BrunauerLangmuir吸附等溫線(I型)假設(shè)表面處處均一

(所有吸附位點(diǎn)在能量上完全相同)

單分子層吸附(沒有多層吸附)

被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用Inadp/p0pQLangmuir吸附等溫線(I型)假設(shè)Inadp/p0p

II型和IV型等溫線多層吸附(從點(diǎn)B開始)對(duì)無孔材料比較適用在低壓下類似于II型在高壓下發(fā)生孔內(nèi)冷凝p/pIInad0BIVnadp/p0BII型和IV型等溫線多層吸附(從點(diǎn)B開始)在低壓下III型和V型等溫線IIInadp/p0Vnadp/p0吸附質(zhì)之間具有強(qiáng)相互作用,比如當(dāng)水分子吸附到疏水性活性炭上時(shí)在低壓下類似于III型在高壓下發(fā)生孔內(nèi)冷凝III型和V型等溫線IIInadp/p0Vnadp/p0（1）亨利定律在足夠低的濃度范圍，吸附平衡關(guān)系可用亨利定律表述：

或亨利常數(shù)（1）亨利定律在足夠低的濃度范圍，吸附平衡關(guān)系可用亨利定律表（2）Langmuir吸附等溫方程Langmuir基于單分子層吸附理論對(duì)氣體推導(dǎo)出簡(jiǎn)單和廣泛應(yīng)用的近似表達(dá)式：

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定單分子層最大吸附量Langmuir常數(shù)，與溫度有關(guān)（2）Langmuir吸附等溫方程Langmuir基于單分子盡管與Langmuir方程完全吻合的物系相當(dāng)少，但有大量的物系近似符合。該模型在低濃度范圍就簡(jiǎn)化為亨利定律。Langmuir模型被公認(rèn)為定性或半定量研究變壓吸附系統(tǒng)的基礎(chǔ)。盡管與Langmuir方程完全吻合的物系相當(dāng)少，但有大量82吸附平衡課件（3）Freundlich和Langmuir-Freundlich吸附

等溫方程

Freundlich方程是用于描述平衡數(shù)據(jù)的最早的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式之一，其表達(dá)式為：

特征常數(shù)，與溫度有關(guān)（3）Freundlich和Langmuir-FreundlFreundlich方程不但適用于氣體吸附，也適用于液體吸附。就氣體吸附而言，壓力范圍不能太寬，在低壓下不能簡(jiǎn)化成亨利定律，壓力足夠高時(shí)又無確定的使用極限，通常適于描述窄范圍的吸附數(shù)據(jù)。大范圍的數(shù)據(jù)也可分段關(guān)聯(lián)。Freundlich方程不但適用于氣體吸附，也適用于液體吸附Langmuir-Freundlich吸附等溫方程：

純經(jīng)驗(yàn)方程Langmuir-Freundlich吸附等溫方程：

二、氣體混合物吸附平衡(1)Langmuir方程擴(kuò)展式忽略各吸附組分之間的相互作用，其他組分的吸附僅僅減小了吸附表面上的空位:純組分吸附時(shí)的對(duì)應(yīng)值二、氣體混合物吸附平衡(1)Langmuir方程擴(kuò)展式忽略(2)Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式Langmuir方程擴(kuò)展式和Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式缺乏熱力學(xué)一致性，故理論依據(jù)不充分，只具有半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，但應(yīng)用起來比較簡(jiǎn)便。(2)Langmuir-Freundlich方程的擴(kuò)展式L8.2.2液相吸附平衡液相吸附機(jī)理比氣相復(fù)雜，除溫度和溶質(zhì)濃度外，吸附劑對(duì)溶劑和溶質(zhì)的吸附、溶質(zhì)的溶解度和離子化，各種溶質(zhì)之間的相互作用以共吸附現(xiàn)象等都會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生不同程度的影響。8.2.2液相吸附平衡液相吸附機(jī)理比氣相復(fù)雜，除溫度(1)