2.吸附平衡及其影响因素概述.ppt

吸附平衡及其影响因素吸附平衡及其影响因素Page 2ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学主要内容主要内容吸附平衡吸附平衡1吸附等温线与等温方程吸附等温线与等温方程2吸附影响因素吸附影响因素3Page 3ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附平衡吸附平衡 当当吸吸附附质质和和吸吸附附剂剂充充分分接接触触后后，一一方方面面吸吸附附质质被被吸吸附附剂剂吸吸附附吸附过程吸附过程 另另一一方方面面一一部部分分已已被被吸吸附附的的吸吸附附质质由由于于热热运运动动的的结结果果，能能够够脱脱离离吸附剂的表面，又回到流体相中去吸附剂的表面，又回到流体相中去解吸（脱附）过程。解吸（脱附）过程。2 2、吸附平衡、吸附平衡 当当吸吸附附速速度度和和解解吸吸速速度度相相等等时时，即即单单位位时时间间内内吸吸附附的的数数量量等等于于解解吸吸数数量量时时，则则吸吸附附质质在在流流体体相相中中和和吸吸附附剂剂表表面面上上的的浓浓度度都都不不再再改改变变，此此时时称为达到吸附平衡。称为达到吸附平衡。1 1、吸附过程与解吸过程、吸附过程与解吸过程Page 4ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附平衡吸附平衡 吸吸附附平平衡衡关关系系决决定定了了吸吸附附过过程程的的方方向向和和极极限限，是是吸吸附附过过程程的的基基本本依依据据。若若流流体体中中吸吸附附质质浓浓度度高高于于平平衡衡浓浓度度，则则吸吸附附质质将将被被吸吸附附，若若流流体体中中吸吸附附质质浓度低于平衡浓度，则吸附质将被解吸，最终达吸附平衡，过程停止。浓度低于平衡浓度，则吸附质将被解吸，最终达吸附平衡，过程停止。4 4、吸附过程的方向和极限、吸附过程的方向和极限 单单位位质质量量的的吸吸附附剂剂所所吸吸附附的的吸吸附附质质的的质质量量，一一般般用用q q表表示示，单单位位mg/g mg/g 或或g/gg/g。如如果果用用V V表表示示流流体体相相体体积积，C C0 0和和C C分分别别表表示示吸吸附附前前后后吸吸附附质质的的浓浓度度，W W表示吸附剂的质量，则：表示吸附剂的质量，则：3 3、吸附容量、吸附容量Page 5ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡表示方法表示方法吸附等吸附等温线温线吸附等吸附等压线压线吸附等吸附等温方程温方程 恒恒温温下下单单位位质质量量吸吸附附剂剂的的吸吸附附容容量量QeQe与与流流体体相相中中吸吸附附质质的的分分压压(或或平平衡衡浓浓度度Ce)Ce)间间的的关关系系绘绘出出的的曲曲线线称称为为吸吸附附等温线。等温线。表表示示吸吸附附等等温温线线的的公公式式成成为为吸吸附附等等温温方程方程恒恒压压下下的的平平衡衡吸吸附附量量与与温温度度的的关关系系称称之之为为吸吸附等压线附等压线Page 6ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程1 1、吸附等温线、吸附等温线吸附等温线形式可归纳为六种基本类型吸附等温线形式可归纳为六种基本类型Page 7ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程2 2、吸附等温线特点、吸附等温线特点 低低压压下下组组分分吸吸附附量量随随组组分分压压力力的的增增加加迅迅速速增增加加。当当组组分分压压力力增增加加到到一一定定值值后后，吸吸附附量量随随压压力力变变化化很很小小 表表示示非非多多孔孔性性固固体体表表面面发发生生多多分分子子层层吸吸附附，它它代代表表在在多多相相基基质质上上不不受受限限制的多层吸附制的多层吸附吸附剂与吸附质互相作用吸附剂与吸附质互相作用较弱、固体和吸附质之间较弱、固体和吸附质之间的相互作用小于吸附质之的相互作用小于吸附质之间的相互作用时的情况间的相互作用时的情况Page 8ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 具具有有明明显显的的滞滞后后回回线线，一一般般解解释释为为是是因因为为吸吸附附中中的的毛毛细细管管现现象象，使使凝凝聚聚气气体分子不易蒸发所致。体分子不易蒸发所致。与与类类型型4 4相相似似，只只是是吸吸附附质质与与吸吸附附剂剂相相互互作作用用较较弱。弱。又又叫叫阶阶梯梯型型等等温温线线，非非极极性性的的吸吸附附质质在在物物理理、化化学学性性质质均均匀匀的的非非多多孔孔固固体上吸附时较为常见。体上吸附时较为常见。Page 9ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程3 3、吸附等温方程、吸附等温方程 朗格缪尔吸附模型假定条件为：朗格缪尔吸附模型假定条件为：a.a.分子或原子被吸附在吸附剂表面的一些固定的位置上；分子或原子被吸附在吸附剂表面的一些固定的位置上；b.b.每个位置只能被一个分子或原子所占据；每个位置只能被一个分子或原子所占据；c.c.所所有有位位置置的的吸吸附附能能都都是是一一个个常常数数(理理想想均均匀匀表表面面)且且被被吸吸附附的的相相邻邻分子或原子之间无相互作用分子或原子之间无相互作用(1(1）LangmuirLangmuir方程方程 Page 10ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 Langmuir 等温方程可以用于描述大多数类型等温方程可以用于描述大多数类型的吸附等温。的吸附等温。另另外外，Langmuir Langmuir 方方程程可可以以很很好好地地表表示示出出等等温温线线在在低低压压部部分分的的特特点点。但但是是不不适适合合高高压压部部分分，因因为为在在较较高高分分压压情情况况下下，吸吸附附不不能能认认为为是是单单分分子层吸附，同时需要考虑毛细管凝结现象。子层吸附，同时需要考虑毛细管凝结现象。Page 11ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程(2)、BET方程方程(Brunauer、Emmett、Teller)BET模型假定条件：模型假定条件：a、吸附剂表面上可扩展到多分子层吸附；、吸附剂表面上可扩展到多分子层吸附；b、被吸附组分之间无相互作用力，而吸附层之间的分子力为范德华力；、被吸附组分之间无相互作用力，而吸附层之间的分子力为范德华力；c、吸附剂表面均匀；、吸附剂表面均匀；d、第一层的吸附热为物理吸附热，第二层以上为液化热；、第一层的吸附热为物理吸附热，第二层以上为液化热；e、总吸附量为各层吸附量的总和；、总吸附量为各层吸附量的总和；在以上假设的基础上推导出在以上假设的基础上推导出BETBET二参数方程为二参数方程为:BET 方方程程的的优优点点是是适适用用范范围围广广，可可适适用用于于I、型型等等温温线线，但但形形式复杂。式复杂。Page 12ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程 BET模模 型型 方方 程程 与与Langmuir方程的联系方程的联系?Page 13ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附等温线与吸附等温方程吸附等温线与吸附等温方程（3）、）、Freundlich(弗罗因德利希）方程弗罗因德利希）方程 Freundlich 吸附公式是应用最早的经验公式之一吸附公式是应用最早的经验公式之一，Freundlich 公式的数学公式的数学表达式为表达式为：将两边取对数得将两边取对数得 式中式中:q达到吸附平衡时的平衡吸附量；达到吸附平衡时的平衡吸附量；Pi 平衡时被吸附组分在气相中的分压，平衡时被吸附组分在气相中的分压，Pa；k、n与吸附剂的种类、特性、温度等有关的常数与吸附剂的种类、特性、温度等有关的常数。Page 14ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素吸附质性质吸附质性质吸附剂性质吸附剂性质pH接触时间接触时间温度温度共存物质共存物质吸吸附附影影响因素响因素Page 15ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素a a、比表面积、比表面积由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。1、吸附剂性质、吸附剂性质b b、微孔数目、微孔数目活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，微孔数量多，内扩散对吸附速度吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，微孔数量多，内扩散对吸附速度影响较大，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。影响较大，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。a a、溶解度、溶解度对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随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。如活性炭从水中吸附有机酸的次序是甲酸如活性炭从水中吸附有机酸的次序是甲酸-乙酸乙酸-丙酸丙酸-丁酸而增加。丁酸而增加。2、吸附质性质、吸附质性质b b、分子构造、分子构造吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。吸附速度受内吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。吸附速度受内扩散速度的影响，吸附质分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，最利扩散速度的影响，吸附质分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，最利于吸附。于吸附。Page 16ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素 pHpH值值对对吸吸附附的的影影响响，要要与与吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质的的影影响响综综合合考考虑虑。pHpH值值控控制制了了酸酸性性或或碱碱性性化化合合物物的的离离解解度度，当当pHpH值值达达到到某某个个范范围围时时，这这些些化化合合物物就就要要离离解解，影影响响对对这这些些化化合合物物的的吸吸附附。pHpH值值还还会会影影响响吸吸附附质质的的溶溶解解度度，以以及及影影响胶体物质吸附质的带电情况。响胶体物质吸附质的带电情况。3、pH 因因为为液液相相吸吸附附时时吸吸附附热热较较小小，所所以以溶溶液液温温度度的的影影响响较较小小。吸吸附附是是放放热热反反应应。吸吸附附热热，即即活活性性炭炭吸吸附附单单位位重重量量的的吸吸附附质质（溶溶质质）放放出出的的总总热热量量，以以KJ/molKJ/mol为单位。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。为单位。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。4 4、溶液温度、溶液温度 另另一一方方面面，温温度度对对物物质质的的溶溶解解度度有有影影响响，因因此此对对吸吸附附也也有有影影响响。用用活活性炭处理水时，温度对吸附的影响不显著。性炭处理水时，温度对吸附的影响不显著。Page 17ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY安徽工业大学吸附影响因素吸附影响因素应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。一般情况下，多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。一般情况下，多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。5、多组分吸附质共存、多组分吸附质共存因为吸附是液相中的吸附质向固相表面的一个转移过程，所以因为吸附是液相中的吸附质向固相表面的一个转移过程，所以吸附质与吸附剂之间需要一定的接触时间，才能使吸附剂发挥最大吸附质与吸附剂之间需要一定的接触时间，才能使吸附剂发挥最大的吸附能力。在水处理量一定的情况下，增加接触时间，意味着增的吸附能力。在水处理量一定的情况下，增加接触时间，意味着增加水处理设备或增大水处理设备，加水处理设备或增大水处理设备，6、接触时间、接触时间THANK YOU