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    吸附知識概要

    發布時間:2022-01-25      點擊次數:1037

    無論是測試固體材料比表面積、孔徑分布及孔容的物理吸附表征,還是測試催化劑活性及選擇性等催化性能的化學吸附表征,均為吸附過程,本文將簡單介紹一下吸附概念。


    01

    吸附概念



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    吸附(adsorption)是指在固相-氣相、固相-液相、固相-固相、液相-氣相、液相-液相等體系中,某個相的物質密度或溶于該相中的溶質濃度在界面上發生改變(與本體相不同)的現象。對于固體表面,當氣體(蒸汽)與固體接觸時,部分氣體將被固體捕獲,若氣體體積恒定,則壓力下降,若壓力恒定,則氣體體積減小。從氣相中消失的氣體分子或進入固體內部,或附著于固體表面,前者被稱為吸收(absorption),后者被稱為吸附(adsorption)。吸附和吸收統稱為吸著(sorption)。多孔固體因毛細凝聚(capillary condensation)而引起的吸著作用也作為吸附作用看待。吸附某些組分的固體物質稱為吸附劑(adsorbent)。被吸附的物質稱為吸附物(adsorptive),已被吸附的物質稱為吸附質(adsorbate)。有時吸附質和吸附物可能是不同的物質,如發生解離化學吸附時。

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    吸附量與氣相或液相溶質濃度和溫度有關,是吸附劑的基本性質。在溫度一定時,吸附量與壓力(氣相)或者濃度(液相)的關系稱為吸附等溫線(adsorption isotherm),吸附等溫線是表示吸附性能方法,吸附等溫線的形狀能很好地反映吸附劑和吸附質的物理、化學相互作用。在壓力一定時,吸附量與溫度的關系稱為等壓線(adsorption isobar)。吸附量一定時,壓力與溫度的關系稱為吸附等量線(adsorption isostere)。


    02

    固體表面吸附



    固體表面的吸附特性取決于其表面和吸附質的特性及其相互作用,首先是固體的表面特性。一方面,固體具有剛性和抵抗應力性,其表面原子活動性極小,這決定了其表面幾乎不可能處于平衡和等勢能狀態。因此,固體的表面性質取決于它的形成條件和貯存狀態。因此研究固體表面的吸附行為,一定要先了解表面的“歷史"(處理條件、表面反應和潛在的污染等),并與實際的實驗結果一并分析。

    另一方面,一個新生成的、潔凈的固體表面通常具有非常高的表面自由能。固體無法通過表面塑性流動減小其總界面來降低表面自由能,因而固體表面趨于吸附氣體,改變其表面原子的受力不平衡,降低表面自由能。固體表面勢能的不均勻性決定了吸附將不是一個均勻的過程。



    03

    物理吸附和化學吸附




    固氣表面上存在物理吸附和化學吸附兩類吸附現象。二者之間的本質區別是氣體分子與固體表面之間作用力的性質。

    物理吸附(physisorption)是由范德華力(van der Waals 力),包括偶極-偶極(Keesome)相互作用、偶極-誘導偶極(Debye)相互作用和色散(London)相互作用等物理力引起,它的性質類似于蒸汽的凝聚和氣體的液化。

    化學吸附(chemisorption)涉及化學成鍵,吸附質分子與吸附劑之間有電子的交換、轉移或共有。

    物理吸附提供了測定固體材料表面積、孔徑分布及孔體積的方法。而化學吸附一般是表征多相催化過程關鍵的中間步驟。化學吸附物種的鑒定及其性質的研究也是多相催化機理研究的主要內容。另外,化學吸附還能作為測定某一特定催化劑組分(如金屬)表面積的技術。




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