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9.2 气体吸附 吸附:用多孔固体吸附剂将流体（气体或液体）混合物中的组分浓集于固体表面 吸附质－被吸附物质 吸附剂－附着吸附质的物质 优点：效率高、可回收、设备简单 缺点：吸附容量小、设备体积大 物理吸附和化学吸附 根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同,吸附分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附和化学吸附 （1）物理吸附 作用力：范德华力(单层、双层) 。 特征： ①吸附质与吸附剂间不发生化学反应； ②吸附过程极快，参加吸附的各相间常常瞬时即达平衡； ③吸附为放热反应； ④吸附剂与吸附质间吸附力不强，当气体中吸附质降压或温度升高时，被吸附的气体能很容易从固体表面逸出，而不改变气体原来形状； ⑤是一种可逆过程（吸附与脱附）。 物理吸附和化学吸附 （2）化学吸附 作用力：化学键力（需一定的活化能故又称活化能吸附）。单层吸附。 特征： ①有很强的选择性； ②吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长时间； ③升高温度可提高吸附速率。 物理吸附和化学吸附比较 物理吸附 化学吸附 1.吸附力－范德华力； 2.不发生化学反应； 3.过程快，瞬间达到平衡； 4.放热反应； 5.吸附可逆； 1.吸附力－化学键力； 2.发生化学反应； 3.过程慢； 4.升高温度有助于提高速率； 5.吸附不可逆； 物理吸附和化学吸附 同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附。 吸附剂 吸附剂需具备的特性 内表面积大 具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛，造价低廉 良好的再生性能 常用吸附剂 工业常用吸附剂 ①活性炭 ②活性氧化铝 ③硅胶 ④沸石分子筛 ⑤吸附树脂 吸附平衡 吸附平衡：吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质的浓度与吸附剂（相）中吸附质的浓度终将达到动态平衡。 平衡吸附量：吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数 吸附等温线：吸附达平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度间有一定的函数关系，一般用等温吸附线表示。 NH3在活性炭上的吸附等温线 吸附平衡 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值 极限吸附量受气体压力和温度的影响 吸附等温线 弗罗德里希（Freundlich）方程 吸附方程式 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） 吸附方程式 吸附方程式 剩余价力就是表面分子或原子由于受力不对称而产生的对周围物质分子的吸引力。 朗格缪尔（Langmuir）方程 朗格缪尔根据分子运动理论提出了单分子层吸附的理论，即朗格缪尔假设。 　　(1)固体表面均匀分布着大量具有剩余价力的原子，此种剩余价力的作用范围大约在分子大小的范围内，因此，吸附是单分子层的； 　　(2)吸附质分子之间不存在相互作用力； 　　(3)吸附剂表面具有均匀的吸附能力； 　　(4)在一定条件下，吸附和脱附可以建立动态平衡。 吸附方程式 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线） 吸附方程式 BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附） 1938年布鲁诺(Brunauer)、 埃米特(Emmett)和泰勒(Teller)三人提出了多分子层吸附理论 ①固体表面是均匀的，所有毛细管具有相同的直径； ②吸附质分子间无相互作用力； ③可以有多分子层吸附，层间分子力为范德华力； ④总吸附量为各层吸附量之和。 根据以上假设，导出了BET吸附等温线方程。 毛细管 凡内径很细的管子叫“毛细管”。通常指的是内径等于或小于1毫米的细管，因管径有的细如毛发故称毛细管。 例如，水银温度计、钢笔尖部的狭缝、毛巾和吸墨纸纤维间的缝隙、土壤结构中的细隙以及植物的根、茎、叶的脉络等，都可认为是毛细管。 吸附方程式 BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附） V－被吸附气体的体积 P－吸附质在气相中的平衡分压 P0－吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压 Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积 C－与吸附热有关的常数 BET方程的应用范围较广，它适用于第1、2、3型三种等温线。 但是它的使用也有一定局限性。例如推导时假设所有毛细管具有相同的直径，这样，BET方程对于孔隙大小非常不均匀的吸附质就不能适用，如活性炭的吸附。 吸附速率 吸附过程 吸附 外扩散（气流主体 外表面） 内扩散（外表面 内表面） 吸附速率：在单位时间内单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层）所吸附的物质量。 吸附流程及设备 吸附设备 固定床吸附器 移动床吸附器 流化床吸附器 吸附流程及设备