吸附等温式与单组分溶质吸附等温线的类型

学术   2024-11-24 09:29   江苏  

吸附等温式

吸附等温式是在一定温度下,吸附达到平衡时,吸附量(常以体积或表面覆盖度表示)与吸附压力之间的函数关系式。根据所采用的吸附模型不同,吸附等温式可分为:Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式、Tenkin(焦姆金)吸附等温式
Langmuir吸附等温式
建立在单分子层吸附理论的基础上。
基本假设为:
吸附是单层的,每个吸附分子占有一个吸附位;
吸附剂表面是均匀的,各部位的吸附能力都相同;
吸附分子之间无相互作用;
吸附与脱附之间已形成平衡。
分子在理想表面进行吸附,且已达平衡。吸附平衡时,吸附速率与脱附速率相等,则:

吸附剂表面覆盖率为θ;P为气体分压;ka—吸附速率常数;kd—脱附速率常数

当吸附很弱或压力很低,则:aP<<1, θ= aP
若发生解离吸附:

若多种气体同时发生竞争吸附:


Freundlich吸附等温式
将表面看成由许多不同区域组成,在每个区域内,表面是均匀的, Langmuir可适用。
吸附热Q随覆盖度增加呈指数下降
该经验方程为:V=kP1/n (n>1)
V为吸附体积,P为压力,k为常数
logV=logk+(1/n)logP
该等温式适用于物理吸附和化学吸附。




单组分溶质吸附等温线的类型

当溶液中一种组分浓度远低于另一组分浓度时,把组分小的看作溶质,组分大的看作溶剂。单组分溶质吸附等温线的类型如图,共有四个大类:S型、L(Langmuir)型、H(highaffinity)型和C(constant partition)型。

S型等温线

S型吸附等温线的特点是在低浓度时,吸附的溶质越多,溶质就越容易吸附。这表明吸附剂表面的吸附质分子促进了吸收,称之为协同吸附。一般认为需要满足下述条件才出现S型等温线。

第一,吸附质分子内只有一个官能团。

第二,分子间作用力适中,吸附层内的分子垂直排列,紧密填充。

第三,溶剂分子对吸附剂的吸附位竞争很强。

L型等温线

等温线起始段斜率较大,且为凸向吸附量轴的曲线。当浓度大到一定程度后,吸附量大多不再变化。等温线表示溶质比溶剂更易被吸附,即溶剂无强烈竞争吸附能力。溶质是线性的或平面的分子,且以长轴或平面平行于表面吸附可得到此类等温线。微孔吸附剂(如微孔活性炭、分子筛等)以孔填充机制吸附时也得到此类等温线。如硅胶自非极性溶剂中吸附极性有机物,活性炭自水中吸附有机物等。

H型等温线

L型等温线的一个特例。吸附质对吸附剂的亲和力非常大,即使浓度极低,吸附质也几乎完全被吸附,溶液中的残余量极少,几乎检测不出。因此,吸附等温线的开始部分就近似垂直。大分子吸附,离子交换吸附和某些离子型表面活性剂在带反向电荷、且表面电荷密度大的固体上吸附等常用到这类等温线。

C型等温线

C型等温线表示在低浓度时的吸附和分配。图中C2表示吸附质在溶液中和吸附剂表面达到饱和之前,进行恒定分配。直线说明吸附位数是一定的,也就是吸附位被吸附质占领后,又产生新的相同数量的吸附位。


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