常见吸附等温曲线的类型和其理论分析课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

五种吸附等温线类型及其理论分析内容概要一.吸附等温线类型及其形貌特征二.吸附基本理论1.单分子层吸附理论•Langmuir方程(Ⅰ型等温线)2.多分子层吸附理论•BET方程(Ⅱ型和Ⅲ型等温线)3.毛细孔凝聚理论•Kelvin方程（Ⅳ和Ⅴ型等温线）4.微孔填充理论•DR方程(Ⅰ型等温线)5.Ⅵ类等温线三.结论几个常见曲线模型一.单分子层吸附理论•Langmuir方程（Langmuir，1916）3.推导过程：吸附速度与气体压力成正比，也与未吸附气体分子空着表面成正比，所以吸附速度Ra为：二.多分子层吸附理论•BET方程（Brunaueretal,1938）1.基本观点：BET理论认为，物理吸附是由VanderWaals力引发，因为气体分子之间一样存在VanderWaals力，所以气体分子也能够被吸附在已经被吸附分子之上，形成多分子层吸附。2.BET方程建立几个假设：与Langmuir方程相同假设第一层吸附热是常数，第二层以后各层吸附热都相等并等同于凝聚热吸附是无限层θ0θ1θ2θ34.关于BET标绘中试验数据点选择。5.BET方程对Ⅱ型和Ⅲ型等温线解释临界温度以下气体分子在开放固体表面发生吸附时，往往呈Ⅱ型和Ⅲ型等温线，其中Ⅱ型等温线比较常见。Ⅱ型和Ⅲ型等温线在形状上有所不一样，区分在于C值不一样。当C值由大变小，等温线就逐步由Ⅱ型过渡到Ⅲ型。当C较小时，即EL》El时，也就是固体表面与被吸附分子之间作用力比较弱，而被吸附分子之间作用力比较强，这时通常得到是Ⅲ型等温线。第Ⅲ类等温线不是很常见，最具代表性是水蒸汽在炭黑表面吸附，因为水分子之间能够形成很强氢键，表面一旦吸附了部分水分子，第二层、三层等就很轻易形成。与Ⅱ型等温线不一样是：因为被吸附分子之间很强作用力，往往单分子层吸附还没有完成，多分子层吸附以及开始。7.BET方程一些改进BET模型能够很好解释开放表面吸附现象，不过假如吸附剂是多孔，吸附空间就是有限，吸附层数受到孔尺寸限制，所以，推导过程中，吸附层上限只能为N，对于N层吸附BET方程为：三.毛细孔凝聚理论•Kelvin方程1.方程推导液体在毛细管内会形成弯曲液面，弯曲液面附加压力能够用Laplace方程表示（宋世谟等，物理化学）设一单组分体系，处于气（）液（）两相平衡中。此时，气液两相化学势相等：关于Kelvin半径3.Kelvin方程对Ⅳ和Ⅴ型等温线解释：发生毛细孔凝聚时孔尺寸与相对压力关系（77KN2吸附）（DoDD,1998）4.吸附滞后现象5.几个常见吸附回线C类回线：经典例子是含有锥形管孔结构吸附剂。当相对压力到达与小口半径r相对应值时，开始发生凝聚，一旦气液界面由柱状变为球形，发生凝聚所需要压力快速降低，吸附量上升很快，直到将孔填满。当相对压力到达与大口半径R相对应值，开始蒸发。E类回线：四.微孔填充理论•DR方程（Dubininetal，1947）微孔填充理论是建立在Polanyi吸附势理论（Polanyi,1914）基础上，解释气体分子在微孔吸附剂表面吸附行为理论。1.Polanyi吸附势理论介绍Polanyi认为，固体周围存在吸附势场，气体分子在势场中受到吸引力作用而被吸附，该势场是固体固有特征，与是否存在吸附质分子无关。将1mol气体从主体相吸引到吸附空间（吸附相）所作功定义为吸附势ε。假如吸附温度远低于气体临界温度，设气体为理想气体，吸附相为不可压缩饱和液体，则吸附势可表示为：(18)其中为气体饱和蒸汽压。假如吸附作用力主要是色散力，吸附势大小与温度无关，吸附相体积对吸附势分布曲线含有温度不变性，上述分布曲线被称为特征曲线。对于任意吸附体系特征曲线是唯一，所以只要测出一个温度下吸附等温线，从而结构出特征曲线，便能够得到任何温度下吸附等温线，这正是吸附势理论感人之处。活性炭是经典非极性吸附剂，气体与活性炭相互作用主要靠色散力，所以吸附势理论对于活性炭吸附体系非常成功。2.为何Polanyi吸附势理论不能用于超临界吸附临界温度以上，吸附相密度，以及与之对应压力都是未知。所以，无法确定超临界温度条件下吸附势。3.微孔填充理论和DR方程Dubinin等将吸附势理论引入到微孔吸附研究，创建了微孔填充理论，该理论又被称为Dubinin-Polanyi吸附理论。该理论认为：含有分子尺度微孔，因为孔壁之间距离很近，发生了吸附势场叠加，这种效应使得气体在微孔吸附剂上吸附机理完全不一样于在开放表面上吸附机理。微孔内气体吸附行为是孔填充，而不是Langmuir、BET等理论所描述表面覆盖形式。在微孔吸附过程中，被填充吸附空间（吸附相体积）相对于吸附势分布曲线为特征曲线，在色散力起主要作用吸附体系，该特征曲线含有温度不变性。1947年DubininandRadushkevitvh在对大量试验数据进行分析基础上给出了上述特