吸附平衡及其影響因素

1、吸附平衡及其影響因素吸附平衡及其影響因素Page 2ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容吸附平衡吸附平衡1吸附等溫線與等溫方程吸附等溫線與等溫方程2吸附影響因素吸附影響因素3Page 3ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附平衡吸附平衡 當(dāng)吸附質(zhì)和吸附劑充分接觸后，一方面吸附質(zhì)被吸附劑吸附當(dāng)吸附質(zhì)和吸附劑充分接觸后，一方面吸附質(zhì)被吸附劑吸附吸附過程吸附過程 另一方面一部分已被吸附的吸附質(zhì)由于熱運(yùn)動的結(jié)果，能夠脫離另一方面一部分已被吸附的吸附質(zhì)由于熱運(yùn)動的結(jié)果，能夠脫離吸附劑的表面，又回到流體相中去吸附劑的

2、表面，又回到流體相中去解吸（脫附）過程。解吸（脫附）過程。2 2、吸附平衡、吸附平衡 當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，即單位時間內(nèi)吸附的數(shù)量等于解吸當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，即單位時間內(nèi)吸附的數(shù)量等于解吸數(shù)量時，則吸附質(zhì)在流體相中和吸附劑表面上的濃度都不再改變，此時數(shù)量時，則吸附質(zhì)在流體相中和吸附劑表面上的濃度都不再改變，此時稱為達(dá)到吸附平衡。稱為達(dá)到吸附平衡。1 1、吸附過程與解吸過程、吸附過程與解吸過程Page 4ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附平衡吸附平衡 吸附平衡關(guān)系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。吸附平衡關(guān)系決定了吸附過程的

3、方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。 若流體中吸附質(zhì)濃度高于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被吸附，若流體中吸附質(zhì)若流體中吸附質(zhì)濃度高于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被吸附，若流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被解吸，最終達(dá)吸附平衡，過程停止。濃度低于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被解吸，最終達(dá)吸附平衡，過程停止。4 4、吸附過程的方向和極限、吸附過程的方向和極限 單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的質(zhì)量，一般用單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的質(zhì)量，一般用q q表示，單位表示，單位mg/g mg/g 或或g/gg/g。 如果用如果用V V表示流體相體積，表示流體相體積，C C0 0和和C C分別表示吸附前后吸附質(zhì)的濃度，分別

4、表示吸附前后吸附質(zhì)的濃度，W W表示吸附劑的質(zhì)量，則：表示吸附劑的質(zhì)量，則：3 3、吸附容量、吸附容量WCCVq)(0Page 5ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程表示方法表示方法吸附等吸附等溫線溫線吸附等吸附等壓線壓線吸附等吸附等溫方程溫方程 恒溫下單位恒溫下單位質(zhì)量吸附劑的吸質(zhì)量吸附劑的吸附容量附容量QeQe與流體與流體相中吸附質(zhì)的分相中吸附質(zhì)的分壓壓( (或平衡濃度或平衡濃度Ce)Ce)間的關(guān)系繪出間的關(guān)系繪出的曲線稱為吸附的曲線稱為吸附等溫線。等溫線。 表示吸附表示吸附等溫線的公式等溫線的公式成為吸附

5、等溫成為吸附等溫方程方程 恒壓下的平恒壓下的平衡吸附量與溫度衡吸附量與溫度的關(guān)系稱之為吸的關(guān)系稱之為吸附等壓線附等壓線Page 6ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程1 1、吸附等溫線、吸附等溫線吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型Page 7ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程2 2、吸附等溫線特點(diǎn)、吸附等溫線特點(diǎn) 低壓下組分吸附量隨低壓下組分吸附量隨組分壓力的增加迅速增加組分壓力的增加迅速增加

6、。當(dāng)組分壓力增加到一定。當(dāng)組分壓力增加到一定值后，吸附量隨壓力變化值后，吸附量隨壓力變化很小很小 表示非多孔性固體表表示非多孔性固體表面發(fā)生多分子層吸附，它面發(fā)生多分子層吸附，它代表在多相基質(zhì)上不受限代表在多相基質(zhì)上不受限制的多層吸附制的多層吸附吸附劑與吸附質(zhì)互相作用吸附劑與吸附質(zhì)互相作用較弱、固體和吸附質(zhì)之間較弱、固體和吸附質(zhì)之間的相互作用小于吸附質(zhì)之的相互作用小于吸附質(zhì)之間的相互作用時的情況間的相互作用時的情況Page 8ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程 具有明顯的滯后回線具有明顯的滯后回線，一般解釋為

7、是因?yàn)槲剑话憬忉尀槭且驗(yàn)槲街械拿?xì)管現(xiàn)象，使凝聚中的毛細(xì)管現(xiàn)象，使凝聚氣體分子不易蒸發(fā)所致。氣體分子不易蒸發(fā)所致。 與類型與類型4 4相似，只是相似，只是吸附質(zhì)與吸附劑相互作用吸附質(zhì)與吸附劑相互作用較弱。較弱。 又叫階梯型等溫線，又叫階梯型等溫線，非極性的吸附質(zhì)在物理、非極性的吸附質(zhì)在物理、化學(xué)性質(zhì)均勻的非多孔固化學(xué)性質(zhì)均勻的非多孔固體上吸附時較為常見。體上吸附時較為常見。Page 9ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程3 3、吸附等溫方程、吸附等溫方程 朗格繆爾吸附模型假定條件為：朗格繆爾吸附模型假定條

8、件為： a. a.分子或原子被吸附在吸附劑表面的一些固定的位置上；分子或原子被吸附在吸附劑表面的一些固定的位置上； b. b.每個位置只能被一個分子或原子所占據(jù)；每個位置只能被一個分子或原子所占據(jù)； c. c.所有位置的吸附能都是一個常數(shù)所有位置的吸附能都是一個常數(shù)( (理想均勻表面理想均勻表面) )且被吸附的相鄰且被吸附的相鄰分子或原子之間無相互作用分子或原子之間無相互作用(1(1）LangmuirLangmuir方程方程 Page 10ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程 Langmuir 等溫方程可以用于

9、描述大多數(shù)類型等溫方程可以用于描述大多數(shù)類型的吸附等溫。的吸附等溫。 另外，另外，Langmuir Langmuir 方程可以很好地表示出等溫線在低壓部分的特方程可以很好地表示出等溫線在低壓部分的特點(diǎn)。但是不適合高壓部分，因?yàn)樵谳^高分壓情況下，吸附不能認(rèn)為是點(diǎn)。但是不適合高壓部分，因?yàn)樵谳^高分壓情況下，吸附不能認(rèn)為是單分子層吸附，同時需要考慮毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。單分子層吸附，同時需要考慮毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。Page 11ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程(2)、BET方程方程(Brunauer、Emmett、Tell

10、er) BET模型假定條件：模型假定條件：a、吸附劑表面上可擴(kuò)展到多分子層吸附；、吸附劑表面上可擴(kuò)展到多分子層吸附； b、被吸附組分之間無相互作用力，而吸附層之間的分子力為范德華力；、被吸附組分之間無相互作用力，而吸附層之間的分子力為范德華力； c、吸附劑表面均勻；、吸附劑表面均勻； d、第一層的吸附熱為物理吸附熱，第二層以上為液化熱；、第一層的吸附熱為物理吸附熱，第二層以上為液化熱； e、總吸附量為各層吸附量的總和；、總吸附量為各層吸附量的總和； 在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出BETBET二參數(shù)方程為二參數(shù)方程為: : BET 方程的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，方程的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣

11、，可適用于可適用于I、型等溫線型等溫線，但，但形式復(fù)雜。形式復(fù)雜。Page 12ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程 B E T 模 型 方 程 與模 型 方 程 與Langmuir方程的聯(lián)系方程的聯(lián)系? Page 13ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附等溫線與吸附等溫方程吸附等溫線與吸附等溫方程（3）、）、Freundlich(弗羅因德利希）方程弗羅因德利希）方程 Freundlich 吸附公式是應(yīng)用最早的經(jīng)驗(yàn)公式之一，吸附公式是應(yīng)用最早的經(jīng)驗(yàn)公式之一，F(xiàn)reundl

12、ich 公式的數(shù)學(xué)公式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：表達(dá)式為： 將兩邊取對數(shù)得將兩邊取對數(shù)得 式中式中: q達(dá)到吸附平衡時的平衡吸附量；達(dá)到吸附平衡時的平衡吸附量； Pi 平衡時被吸附組分在氣相中的分壓，平衡時被吸附組分在氣相中的分壓，Pa； k、n與吸附劑的種類、特性、溫度等有關(guān)的常數(shù)與吸附劑的種類、特性、溫度等有關(guān)的常數(shù) 。 Page 14ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附影響因素吸附影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)吸附質(zhì)性質(zhì)吸附劑性質(zhì)吸附劑性質(zhì)pH接觸時間接觸時間溫度溫度共存物質(zhì)共存物質(zhì)吸附影吸附影響因素響因素Page 15ANHUI UNIVERSITY OF TECHN

13、OLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附影響因素吸附影響因素a a、比表面積、比表面積由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上，所以吸附劑的比表面積是影響吸由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上，所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一，比表面積越大，吸附性能越好。附的重要因素之一，比表面積越大，吸附性能越好。1、吸附劑性質(zhì)、吸附劑性質(zhì)b b、微孔數(shù)目、微孔數(shù)目活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素?；钚蕴康奈⒖追植际怯绊懳降牧硪恢匾蛩?。吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān)，微孔數(shù)量多，內(nèi)擴(kuò)散對吸附速度吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān)，微孔數(shù)量多，內(nèi)擴(kuò)散對吸附速度影響較大，可吸附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。影響較大，可吸附

14、在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。a a、溶解度、溶解度對同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列對同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是甲酸如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是甲酸-乙酸乙酸-丙酸丙酸-丁酸而增加。丁酸而增加。2、吸附質(zhì)性質(zhì)、吸附質(zhì)性質(zhì)b b、分子構(gòu)造、分子構(gòu)造吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。吸附速度受內(nèi)吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。吸附速度受內(nèi)擴(kuò)散速度的影響，吸附質(zhì)分子的大小與活性炭孔徑

15、大小成一定比例，最利擴(kuò)散速度的影響，吸附質(zhì)分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例，最利于吸附。于吸附。Page 16ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附影響因素吸附影響因素 pH pH值對吸附的影響，要與吸附劑和吸附質(zhì)的影響綜合考慮。值對吸附的影響，要與吸附劑和吸附質(zhì)的影響綜合考慮。pHpH值控制值控制了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)pHpH值達(dá)到某個范圍時，這些化合物就要值達(dá)到某個范圍時，這些化合物就要離解，影響對這些化合物的吸附。離解，影響對這些化合物的吸附。pHpH值還會影響吸附質(zhì)的溶解度，以及影值還會影響吸附質(zhì)的溶解度，

16、以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)的帶電情況。響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)的帶電情況。3、pH 因?yàn)橐合辔綍r吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。因?yàn)橐合辔綍r吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。 吸附是放吸附是放熱反應(yīng)。吸附熱，即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)（溶質(zhì)）放出的總熱量熱反應(yīng)。吸附熱，即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)（溶質(zhì)）放出的總熱量，以，以KJ/molKJ/mol為單位。吸附熱越大，溫度對吸附的影響越大。為單位。吸附熱越大，溫度對吸附的影響越大。 4 4、溶液溫度、溶液溫度 另一方面，溫度對物質(zhì)的溶解度有影響，因此對吸附也有影響。用活另一方面，溫度對物質(zhì)的溶解度有影響，因此對吸附也有影響。用活性炭處理水時，溫度對吸附的影響不顯著。性炭處理水時，溫度對吸附的影響不顯著。Page 17ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工業(yè)大學(xué)吸附影響因素吸附影響因素應(yīng)用吸附法處理水時，通常水中不是單一的污染物質(zhì)，而是多組分污應(yīng)用吸附法處理水時，通常水中不是單一的污染物質(zhì)，而是多組分污染物的混合物。在吸附時，它們之間可以共吸附，互相促進(jìn)或互相干擾。染物的混合物。在吸附時，它們之間可以共吸附，互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。一般