固体吸附作用
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1.这种吸附包括对电解质吸附和非电解质吸附:对电解质吸附将使固体表面带电或电双层中组分发生变化,也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面,而固体表面的离子则进入溶液之中,产生离子交换作用。
对非电解质吸附,一般表现为单分子层吸附,吸附层以外就是本体相溶液。
2.溶液有溶质和溶剂,都可能被固体吸附,但被吸附的程度不同。
正吸附:吸附层内溶质的浓度比本体相大。
负吸附:吸附层内溶质的浓度比本体相小。
显然,溶质被正吸附时,溶剂必被负吸附,反之亦然。
在稀溶液中,可以将溶剂的吸附影响忽略不计,可以简单的如气体吸附一样处理溶质的吸附,但在浓度较大时,则必须同时考虑二者的吸附.3.固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大的影响,液体表面张力的影响也很重要。
图2-4给出了表面张力和接触角的关系(点击放大),图中:θ为接触角,图2-4 表面张力与接触角的关系当θ<90o时,为润湿。
θ越小,润湿性越大,液体在表面的展开能力越强。
当θ=0o时,为完全润湿。
液体在表面完全铺展开来当θ>90o时,为不润湿。
θ越大,润湿性越小,液体越不易铺展开,易收缩为球状。
当θ=180o时,完全不润湿,为球状。
θ角的大小。
与界面张力有关:γs=γL cosθ+γsL 其中:γs为固体表面张力;γL为液体表面张力;γsL为固体和液体界面张力。
该方程叫做Yong方程式。
它表明接触角的大小与三相界面之间的定量关系。
因此,凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。
从上式可以看到:当γs>γsL时,则cosθ>0为正值,θ<90°,此时为润湿;而且γs与γsL相差越大,θ角越小,润湿性越好。
当γs<γsL时,则cosθ<0为负值,θ>90°,此时不润湿;而且γs越大和γsL越小时,θ角越大,不润湿程度越严重。
应当指出的是,上面的平衡式仅适用于固、液、气三相的稳定接触的情况。
固体吸附作用一、物理吸附和化学吸附固体表面的分子、原子或离子,同液体表面一样,所处的力场也是不对称、不饱和的。
不论是在空气中或是在溶液中的固体,其表面上各个质点从固体内部受到的作用力要比从外部气体或液体方面受到的作用力大的多。
因此,固体表面液存在剩余的表面自由能,同样具有自动降低这种能量的趋势。
不过固体表面又不同于液体表面,一般情况下其各个质点是固定而不可移动的,表面的形状不能任意地自由变化,也不能随意地收缩和展开而改变其大小。
所以,固体表面自动降低自由能地趋势往往表现为对气体或液体中地相间界面,在此相间界面上常会出现气体组分或溶质组分浓度升高地现象,这就是固体表面的吸附作用。
在工程中用来进行吸附分离操作的固体材料称为吸附剂,而被吸附的物质称为吸附物。
吸附剂大多是具有广阔表面积的颗粒状材料,吸附作用发生在固体表面上,因此,吸附量的表示方法应为单位表面积上吸附物的数量。
吸附量主要决定于吸附时的温度、气相中的压力或溶液中浓度等因素。
固体吸附剂在溶液中的吸附是溶剂、溶质和固体综合组成体系中的界相现象。
这种现象可能由两方面的推动力促成,一种是溶剂水对憎水溶质的排斥作用,另一种是固体对溶质的亲和吸引作用。
在水处理实践中遇到的大部分是这两方面作用的综合结果。
溶质的溶解程度是决定第一种作用强度的重要因素,溶质与溶剂的化学特性越相近,它的溶解程度就越大,而被吸附的趋势就越小,相反,溶质与溶剂的化学特性相差越远,溶解程度越小,被吸附的趋势就越大。
在水溶液中,溶剂水具有强级性,一些非极性的有机物质就容易受水的排斥而吸附在非极性的吸附剂表面上具有活性剂分子结构的表明活性剂,其非极性的憎水端受水排斥,可以定向吸附在非极性的吸附剂上,而把极性亲水端指向水中。
根据这一原理,水中的憎水性固体表面吸附一层表明活性物质后可以转化为亲水性表面。
如果固体的极性甚至比水更强,也有可能吸附表面活性物质分子的极性端,使其极性端朝外定向而表面转化为憎水性的。
固体在溶液中的吸附实验报告
实验目的:研究固体在溶液中的吸附现象。
实验原理:固体在溶液中的吸附是指固体表面对溶液中的溶质发
生吸附作用。
吸附过程涉及到物质的表面化学性质和溶液中的溶质分
子结构,吸附剂的表面可以通过物理吸附和化学吸附两种方式发生吸
附作用。
实验步骤:
1. 准备实验装置:取一定量的固体样品并将其放置在一个玻璃容器中。
2. 准备溶液:根据实验需要,配制出一定浓度的溶液。
3. 将溶液倒入玻璃容器中,与固体样品接触。
4. 让溶液和固体样品充分接触,并保持一定的反应时间。
5. 根据实验要求,可以调节温度、PH值等条件,观察吸附效果的变化。
6. 取出固体样品,用适当的方法对其进行分析和测量,以获得吸附量
的数据。
7. 根据实验结果,分析固体在溶液中的吸附现象,并总结影响吸附效
果的因素。
实验结果:根据实验数据,可以得到固体在溶液中的吸附量,并
可以通过吸附等温线等图像来描述吸附效果。
实验结论:根据实验结果,可以得出固体在溶液中的吸附效果受
到多种因素的影响,包括溶液浓度、温度、PH等条件。
吸附等温线的
形状可以提供一定的信息,如吸附类型(物理吸附或化学吸附)和吸
附强度等。
实验总结:固体在溶液中的吸附现象是一个复杂的过程,需要考
虑多个因素的影响。
通过实验可以了解吸附行为,并为实际应用中的
吸附分离、废水处理等提供参考。
在实验过程中,需要注意实验条件
的准确控制和数据的准确测量,以保证实验结果的可靠性。
第二章吸附作用一、概述凡气固多相催化反应,都包含吸附步骤.在反应过程中,至少有一种反应物参与吸附过程.多相催化反应的机理与吸附的机理不可分割.固体表面是敞开的,表面原子所处的环境与体相不同,配位不饱和,它受到了一个不平衡力的作用,当气体与清洁固体表面接触时,将与固体表面发生相互作用,气体在固体表面上出现了累积,其浓度高于气相,这种现象称吸附现象( adsorption).与吸收(absorption)不同,吸收发生在体相. 吸附气体的固体物质称为吸附剂.被吸附的气体称为吸附质.吸附质在表面吸附以后的状态称为吸附态.吸附发生在吸附剂表面的局部位置上,这样的位置就叫吸附中心或吸附位.吸附中心与吸附的物质共同构成表面吸附络合物.当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加时,称吸附过程,反之,当气体在表面上的浓度减小时,则为脱附过程.二、物理吸附与化学吸附吸附可以分为物理吸附与化学吸附两种.它们的作用力不同.物理吸附是由分子间作用力,即van der W alls 力所产生.由于这种力较弱,故对分子结构影响不大,所以可把物理吸附类比为凝聚现象.化学吸附的作用力属于化学键力(静电与共价键力).由于此种力作用强,涉及到吸附分子和固体间的电子重排、化学键的断裂或形成,所以对吸附分子的结构影响较大.吸附质分子与吸附中心间借此种力形成吸附化学键.化学吸附类似化学反应.由于产生吸附的作用力不同,两种吸附有不同的特征,两者主要特征比较见表2.1.表2.1物理吸附与化学吸附主要特征比较化学吸附物理吸附.(A) 吸附热≥80kJ·mol-10-40kJ·mol-1这是化学吸附的充分,但不是必要的条件(B) 吸附速率常常需要活化,所以速率慢因不需活化,速率快(C) 脱附活化能≥化学吸附热凝聚热(D) 发生温度常常在高温下(高于气体的液化点)接近气体的液化点(E) 选择性有选择性,与吸附质、吸附剂的本性有关无选择性,任何气体可在任何吸附剂上吸附(F) 吸附层单层多层(G) 可逆性可逆或不可逆可逆表2.2和表2.3提供了某些气体的液化潜热、物理吸附热与化学吸附热,以供比较.表2.2某些气体的液化潜热和最大物理吸附热[4]Gas H2O2N2CO CO2CH4C2H4C2H2NH3H2O Cl2 q(kJ/mol) 0.92 6.69 5.61 6.02 25.10 9.12 14.64 24.01 23.26 44.22 18.41 q max(kJ/mol) 8.4 20.9 20.9 25.1 37.7 20.9 33.5 37.7 37.7 58.6 35.6表2.3某些气体的化学吸附热Q(kJ/mol)[4]气体Ti Ta Nb W Cr Mo Mn Fe Co Ni Rh Pt H2188 188 167 71 134 117O2720 494 293 N2586 293CO 640 192 176CO2682 703 552 456 339 372 222 225 146 184NH3301 188 155C2H4577 427 427 285 243 209三、吸附位能曲线吸附过程中,吸附体系(吸附质—吸附剂)的位能变化可以用吸附位能图表示.对大多数物理吸附而言,其位能变化原则上可以使用Lennard-Jones曲线来描述,该曲线原来是用以描述两个气体分子质点在相互靠近时的位能变化.当然在吸附场合就不单单是两个质点间的相互作用,而是吸附分子与表面上的许多原子间的相互作用.这种相互作用的总位能是吸附分子与每一个表面原子作用能量的加合.对这种加合,Lennard-Jones曲线给出的描述基本上是正确的.图2.1是表示分子物理吸附中位能变化的Lennard-Jones图,其中的X表示分子A2距表面无限远位能取作零时与表面的距离.随着分子与表面的接近,位能下降,到Y时发生了物理吸附,放出吸附热Q p,这是物理吸附热.当分子再靠近表面,因排斥作用增强、吸引作用相对减弱,使体系位能上升,由于稳定性原因,体系不能在这样的状态稳定存在.图2.1 A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线[6]描述活性原子在固体表面上化学吸附的位能变化可用Morse公式近似计算得到,见图2.2的曲线.对大多数化学吸附来说,这种图给出的形状也是类似的.图2.2 活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线[6]X表示活性原子A与表面相距很远时的体系位能。
吸附的基本原理和过程步骤
吸附的基本原理是指固体表面对气体或液体物质的吸收作用,使物质分子沉积在固体表面上形成吸附层。
吸附是由于固体表面存在的无定形结构、电荷、亲疏水性以及表面活性位点等因素所引起的。
过程步骤如下:
1. 接触:吸附物质与固体表面接触,形成物质分子与表面分子之间的相互作用;
2. 扩散:吸附物质的分子从溶液或气相中由高浓度区域向低浓度区域进行扩散,并在表面形成致密分子层;
3. 吸附:吸附物质的分子与固体表面之间发生相互作用,吸附物质分子吸附在固体表面上,形成吸附层;
4. 平衡:吸附物质的吸附量随着时间的增加而趋于稳定,形成吸附平衡,吸附速率与脱附速率相等,吸附层处于动态平衡状态。
在实际应用中,通过调节吸附条件,如温度、压力、pH值等,可以改变吸附平衡及吸附量,以实现固体表面的选择性吸附。
自然界的固体吸附现象
自然界的固体吸附现象是指固体表面吸附周围介质中的分子或离子的过程。
这种现象的本质原因可以归结为固体表面存在的吸附位点和物质分子之间的相互作用力。
吸附位点是指固体表面分子之间留下的一些空隙,这些空隙可以吸附其他物质分子。
物质分子之间的相互作用力包括范德华力、氢键等,这些力可以使分子在固体表面发生吸附。
固体吸附现象的表现很多,比如植物叶片吸附阳光中的二氧化碳,固体表面吸附液体分子等。
吸附现象还可以分为物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附剂和吸附质之间通过物理作用力(如范德华力)相互吸引而发生的吸附,这种吸附过程是可逆的,吸附热较小。
化学吸附则是指吸附剂和吸附质之间通过化学键合作用而发生的吸附,这种吸附过程通常是不可逆的,吸附热较大。
此外,固体表面的吸附还会受到温度、压力、浓度等因素的影响。
随着温度的升高,吸附量一般会减少;随着压力的增大,吸附量一般会增加;随着浓度的增大,吸附量也会增加,但当浓度达到一定程度后,吸附量趋于饱和。
在自然界中,固体吸附现象具有很多重要的应用,如催化剂、吸附剂、分离材料等。
同时,固体吸附现象也是环境科学、化学工程、材料科学等领域的重要研究对象。
固体表面的吸附与催化作用1. 引言固体表面的吸附与催化作用是物理化学中的重要概念。
在许多化学和工艺过程中,固体表面吸附和催化作用都发挥着至关重要的作用。
本文将探讨固体表面的吸附现象、催化机理以及它们在各种应用领域中的重要性。
2. 固体表面的吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子或离子附着在固体表面上的现象。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
2.1 物理吸附物理吸附也称为范德华吸附,是由于分子之间的范德华力相互作用引起的。
范德华力是一种短程力,主要由于分子之间的偶极-偶极相互作用或分子之间的诱导相互作用。
物理吸附通常发生在低温下,吸附量与温度呈反比关系。
2.2 化学吸附化学吸附是指气体或液体中的分子与固体表面上的活性位点形成化学键的过程。
化学吸附通常发生在高温下或在存在催化剂的情况下。
化学吸附是可逆的,并且在形成化学键的同时伴随着能量释放或吸收。
3. 固体表面的催化作用催化是指通过催化剂加速化学反应速率的过程。
固体表面上的催化作用是许多工业和生物过程中的关键步骤。
3.1 催化剂的种类常见的固体催化剂包括金属、金属氧化物和金属碱土(如钙、镁)等。
不同的催化剂对不同的反应具有不同的催化活性。
选择合适的催化剂对于提高反应的效率至关重要。
3.2 催化机理固体催化作用的机理主要包括表面吸附、反应和解离等过程。
在催化反应中,反应物吸附到催化剂表面上,形成中间体,然后通过反应形成产物。
催化剂能够提供活化能,降低反应的能量阻隔,从而加速反应速率。
4. 固体表面的吸附与催化在应用中的重要性4.1 催化剂在工业中的应用催化剂在许多化学工业过程中被广泛应用,例如氨合成、石油cracking、氧化反应等。
通过催化剂,可以提高反应速率、节省能源和原料,并减少副产物的生成。
4.2 固体表面的吸附在环境治理中的应用固体表面的吸附作用可以用于废水处理和空气污染控制中。
通过将污染物吸附到固体表面上,可以有效去除或降低污染物对环境的危害。
固体表面的吸附与催化作用随着科学技术的不断发展,固体表面的吸附与催化作用逐渐成为化学领域中的研究热点。
本文将从吸附与催化的概念入手,探讨固体表面吸附与催化作用的相关原理、应用和前景。
一、吸附与催化的概念1.1 吸附的定义吸附指的是气体、液体或溶液中的分子或离子与固体表面发生相互作用,并附着在固体表面上的现象。
根据吸附过程中分子与固体表面之间的作用力不同,吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种形式。
1.2 催化的定义催化是指在化学反应中,通过加入某种物质(催化剂)来提高反应速率、改变反应路径或提高反应选择性的过程。
催化剂能够降低反应的活化能,从而加速反应的进行。
二、固体表面吸附的原理与分类2.1 吸附过程的原理吸附过程是由于分子间的相互作用力,使分子由气体或溶液从体相吸附留在固体表面的过程。
这种相互作用力主要包括范德华力、电荷转移力和化学键的形成。
2.2 吸附的分类根据吸附过程中分子与固体表面之间的作用力的强度和种类,可以将吸附分为化学吸附和物理吸附。
2.3 化学吸附与物理吸附的区别化学吸附是指吸附分子与固体表面发生化学键的形成,吸附能较高,有一定的选择性。
物理吸附是指吸附分子与固体表面之间的相互作用力较弱,吸附能较低,一般没有选择性。
三、固体表面催化的机制与应用3.1 催化反应的机制固体表面催化不仅涉及到催化剂与反应物的相互作用,还包括催化剂与产物的相互作用。
催化反应的机制主要有吸附解离理论、表面化学键形成理论和电子剥离理论等,不同的反应类型适用不同的机制。
3.2 固体表面催化的应用固体表面催化广泛应用于化工、环境保护、能源领域等。
例如,催化剂在石油加工中的应用可以提高燃料的质量和产物的选择性;催化剂在废水处理中可以降解有机污染物、去除有害气体等。
四、固体表面吸附与催化作用的前景固体表面吸附与催化作用的研究将在未来继续深入,并在许多领域发挥重要作用。
随着纳米材料和表界面科学的发展,人们将能够设计更高效的催化剂,实现高选择性的化学反应,并解决能源和环境等领域的重大挑战。
固体表面产生吸附现象的本质原因引言固体表面产生吸附现象是物理化学研究中的重要现象之一。
许多实际应用领域,如催化、电化学和环境科学等,都与固体表面的吸附现象密切相关。
本文将深入探讨固体表面产生吸附现象的本质原因,从分子层面阐述吸附现象的机理和表面特性的影响。
吸附现象的定义吸附是指气体、液体或溶解物质中的分子、离子或原子与固体表面相互作用并与固体表面相结合的过程。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是由于分子间的范德华力和卤素作用力引起的,而化学吸附是由于分子间形成化学键引起的。
吸附现象的机理吸附现象的本质原因是固体表面分子与吸附物分子之间相互作用力的存在。
这些相互作用力包括范德华力、电荷转移作用力和化学键作用力。
1. 范德华力范德华力是分子间的一种弱引力,与分子的极性和极化能力相关。
它是吸附现象中一个重要的相互作用力。
范德华力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引,从而使吸附物分子附着在固体表面上。
2. 电荷转移作用力电荷转移作用力产生于分子间的电荷转移过程。
它可以通过静电相互作用、离子键和共价键等形式存在。
电荷转移作用力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引或排斥。
3. 化学键作用力化学键作用力是指吸附物分子间或固体表面分子间通过共价键相互结合的力量。
化学键作用力较强,能够在吸附过程中形成化学键。
表面特性的影响固体表面的性质对吸附现象起着重要影响。
1. 表面活性表面活性是指在固体表面上发生的吸附现象的活性程度。
表面活性较高的固体表面能够吸附更多的吸附物分子。
2. 表面能表面能是指固体表面分子的能量状态。
表面能越小,吸附现象越易发生。
这是因为表面能小意味着表面分子与吸附物分子之间的相互作用力较强。
3. 表面形态表面形态对吸附现象的影响很大,表面形态的不规则性能增加吸附物分子在固体表面上的吸附机会。
4. 表面组成固体表面的成分决定了吸附现象的类型和性质。
不同的表面组成对吸附现象产生不同的影响。
固体吸附的名词解释固体吸附是物理学和化学领域中常用的一个术语,指的是气体、液体或溶液中的分子或离子被吸附到固体表面上的过程。
这种吸附作用是由于固体表面的化学特性或表面结构与被吸附物质之间的相互作用而产生的。
固体吸附现象的起因可以追溯到分子间的吸引力和斥力。
分子之间存在两种吸引力:范德华力和静电力。
范德华力是一种瞬时诱导力,它是由于电子在分子中的运动引起的,具有非常短暂和不规律的性质。
静电力是由于分子中存在部分电荷导致的。
当固体表面上存在吸引分子的部分电荷时,分子就会被吸附到固体表面上。
固体吸附的类型有两种:物理吸附和化学吸附。
物理吸附是通过范德华力引起的吸附作用,通常发生在低温和低压下。
由于范德华力相对较弱,物理吸附通常是可逆的,吸附剂(固体)和被吸附物质之间没有明显的化学反应。
然而,物理吸附也可以导致吸附剂表面的形变和分子的聚集,从而使吸附变得不可逆。
与物理吸附不同,化学吸附是由于被吸附物质和吸附剂之间发生化学反应而引起的吸附作用。
化学吸附通常发生在高温和高压下,需要较高的能量来克服反应活化能。
与物理吸附相比,化学吸附是一个不可逆的过程,吸附剂(固体)和被吸附物质之间形成了化学键。
固体吸附在许多领域都有广泛的应用。
在环境科学中,固体吸附可以用来去除水中的污染物。
例如,活性炭是一种常用的吸附剂,它能吸附并去除水中的有机物、重金属和其他污染物。
在化工工艺中,固体吸附可以用来分离混合物中的组分。
例如,分子筛是一种常用的吸附剂,可用于分离石油中的碳氢化合物。
除了应用上的重要性,固体吸附还具有理论上的研究价值。
研究固体吸附过程可以揭示吸附剂和被吸附物质之间的相互作用,揭示吸附剂表面的结构和性质,进而提供设计和合成新的吸附剂的指导。
总结而言,固体吸附是一种将气体、液体或溶液中的分子或离子吸附到固体表面上的过程。
它可以通过范德华力或化学键引起,具有物理吸附和化学吸附两种类型。
固体吸附在环境科学和化工工艺中有广泛的应用,同时也是一个重要的理论研究领域。
一、实验目的1. 了解固体吸附的基本原理和吸附剂的选择;2. 掌握固体吸附实验的操作方法;3. 分析固体吸附的动力学和热力学性质;4. 研究不同吸附剂对吸附质的选择性和吸附效果。
二、实验原理固体吸附是指吸附质分子在固体表面的吸附现象。
根据吸附机理,固体吸附可分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附是由于分子间作用力(如范德华力)引起的,其吸附热较小;化学吸附是由于化学键的形成而引起的,其吸附热较大。
固体吸附的动力学研究吸附质在吸附剂表面的吸附速率,而热力学研究吸附平衡和吸附剂的选择性。
常用的吸附动力学模型有Langmuir模型、Freundlich模型和Temkin模型。
吸附热力学参数包括吸附热、吸附熵和吸附自由能。
三、实验仪器与试剂1. 仪器:吸附柱、吸附剂、吸附质溶液、磁力搅拌器、电子天平、温度计、pH计、紫外-可见分光光度计等;2. 试剂:活性炭、硅胶、NaOH、HCl、醋酸、氯化钠、硫酸铜等。
四、实验步骤1. 准备吸附剂和吸附质溶液;2. 将吸附剂装入吸附柱,控制吸附柱的流速;3. 将吸附质溶液通过吸附柱,记录吸附时间;4. 收集流出液,测定流出液中吸附质的浓度;5. 根据吸附前后的浓度差,计算吸附量;6. 分析吸附动力学和热力学性质。
五、实验结果与分析1. 吸附动力学分析根据实验数据,绘制吸附量与吸附时间的关系图。
通过比较不同吸附剂对吸附质的吸附速率,可以得出吸附剂的选择性。
2. 吸附热力学分析根据吸附量与吸附质浓度的关系,可以绘制吸附等温线。
通过拟合等温线,可以得到吸附平衡参数,如Freundlich模型中的n和k。
3. 吸附热力学参数计算根据吸附等温线,可以计算吸附热、吸附熵和吸附自由能。
吸附热可以用吸附等温线的斜率表示,吸附熵可以用吸附等温线的弯曲程度表示,吸附自由能可以用Gibbs自由能表示。
六、结论1. 实验结果表明,活性炭和硅胶对吸附质的吸附效果较好,具有较高的吸附容量;2. 吸附动力学分析表明,吸附速率与吸附时间呈线性关系;3. 吸附热力学分析表明,吸附过程是放热过程,吸附熵较小;4. 实验结果表明,活性炭和硅胶对吸附质具有较好的选择性。
固体吸附式除湿机原理
固体吸附式除湿机是利用固体吸附材料对空气中水分的吸附作用,将空气中的水分吸附到材料表面,从而实现除湿的一种机器设备。
通俗地说,就是通过材料固定水分子,降低空气中的水分含量。
这种机器设备一般分为两大部分:吸附轮和换热器。
当湿空气通过吸附轮时,水分子会被吸附在吸附剂表面,产生含水汽的吸附物;当干燥空气经过吸附轮前的换热器时,通过热交换,吸附轮表面的水分被蒸发出来,同时生成干燥空气。
在使用过程中,吸附轮会在一定时间内不断地进行吸附和脱附。
当吸附剂达到饱和状态时,需要进行再生处理。
这一过程是将吸附剂加热并用清洁空气进行吹扫,将吸附的水分子挥发出来,重新将吸附剂恢复到干燥状态,以便下一轮再次使用。
固体吸附式除湿机具有除湿效率高、能耗低等优点,在工业和住宅等领域广泛应用。
固体吸附作用
一、物理吸附和化学吸附
固体表面的分子、原子或离子,同液体表面一样,所处的力场也是不对称、不饱和的。
不论是在空气中或是在溶液中的固体,其表面上各个质点从固体内部受到的作用力要比从外部气体或液体方面受到的作用力大的多。
因此,固体表面液存在剩余的表面自由能,同样具有自动降低这种能量的趋势。
不过固体表面又不同于液体表面,一般情况下其各个质点是固定而不可移动的,表面的形状不能任意地自由变化,也不能随意地收缩和展开而改变其大小。
所以,固体表面自动降低自由能地趋势往往表现为对气体或液体中地相间界面,在此相间界面上常会出现气体组分或溶质组分浓度升高地现象,这就是固体表面的吸附作用。
在工程中用来进行吸附分离操作的固体材料称为吸附剂,而被吸附的物质称为吸附物。
吸附剂大多是具有广阔表面积的颗粒状材料,吸附作用发生在固体表面上,因此,吸附量的表示方法应为单位表面积上吸附物的数量。
吸附量主要决定于吸附时的温度、气相中的压力或溶液中浓度等因素。
固体吸附剂在溶液中的吸附是溶剂、溶质和固体综合组成体系中的界相现象。
这种现象可能由两方面的推动力促成,一种是溶剂水对憎水溶质的排斥作用,另一种是固体对溶质的亲和吸引作用。
在水处理实践中遇到的大部分是这两方面作用的综合结果。
溶质的溶解程度是决定第一种作用强度的重要因素,溶质与溶剂的化学特性越相近,它的溶解程度就越大,而被吸附的趋势就越小,相反,溶质与溶剂的化学特性相差越远,溶解程度越小,被吸附的趋势就越大。
在水溶液中,溶剂水具有强级性,一些非极性的有机物质就容易受水的排斥
而吸附在非极性的吸附剂表面上具有活性剂分子结构的表明活性剂,其非极性的憎水端受水排斥,可以定向吸附在非极性的吸附剂上,而把极性亲水端指向水中。
根据这一原理,水中的憎水性固体表面吸附一层表明活性物质后可以转化为亲水性表面。
如果固体的极性甚至比水更强,也有可能吸附表面活性物质分子的极性端,使其极性端朝外定向而表面转化为憎水性的。
吸附的第二种推动力是固体对溶质的特殊亲和吸引作用,其中可能包含有三种基本作用力,即范德华力、化学键及氢键作用力、静电引力。
吸附作用常常是这几种作用力的综合结果,不同情况下的各类吸附可能是其中某一种作用力起主要作用。
范德华力上分子间的物理作用力没有选择性,因而可以发生于固体吸附剂对任意溶质之间,当然,吸附对象不同,起作用强度也会有很大区别。
范德华力的作用强度较小,所以吸附是不牢固的,并且具有可逆性。
因范德华力而吸附的物质,并不绝对固定在表面上某一点,甚至可能有所移动。
另一方面,范德华引力的作用范围较大,超越一个分子,因而可以形成多分子层的吸附。
在由范德华引力决定的吸附中,没有电子转移、原子重新排列、化学键生成现象,亦即没有化学作用,所以称为物理吸附。
这类吸附常发生于较低温度下,
吸附能较
低,吸附时放出的能量也较小
由化学键力所决定的吸附称为化学吸附。
化学键力只能在特性的各原子之间产生,因此化学吸附是具有选择性的,固体吸附剂优先吸附那些与其本身性质相近或者适合本身结构组成需要的物质粒子。
化学键合力的强度较大,被吸附
物固体结合在吸附剂表面某些活性点上,不易脱离而可逆性较差。
这类吸附的作用力范围不超过分子大小,因而只形成单分子吸附层,布满表面各吸附点后即达到饱和。
化学吸附发生在较高温度下,因为化学反应在温度高时易于迅速进行。
这种吸附的吸附能较高,吸附热数值较大。
氢键作用力的特性属于化学作用一类,但其强度及吸附特点介于上述两种作用力之间。
在许多吸附现象中氢键起着重要作用。
纯粹的物理吸附或化学吸附都是极端的情况,一般的吸附作用是综合的,很难分辨。
有时在温度低时发生物理吸附,而在温度升高后发生化学吸附。
有时吸附剂对被吸附物先进行物理吸附,吸附后又进一步产生化学作用转为化学吸附。
另外,在吸附表面上凸出部分及边缘处、棱角处易于产生化学键力的吸附作用,而在表面平坦处或凹下处的范德华力作用更强些。
有时,固体对有机物分子可能产生强烈地吸附,这往往是在吸附剂和被吸附物之间发生某些特点地同双方结构有关地反应,这种吸附带有明显地选择性所以可称为专属吸附。
在不同情况下地专属吸附有不同地吸附结合能,从类似于物理吸附地低能范围到类似于化学吸附地高能范围有各种专属吸附发生。
这时发生的化学反应以各种络合反应
较多,如活性炭对芳香族羟基和硝基化合物的吸附就是有机物分子同活性炭表面的(一)基中的氧发生络合反应。
二、电解质溶液中的吸附
固体表面在电解质溶液特别是强电解质溶液中的吸附主要是粒子吸附,其推动力主要是静电引力。
固体表面上若有一定数量的带有电荷的质点,就会吸引溶液中带有异号电荷的离子。
如果固体本身是离子晶体和由极性分子构
成,从一开始就可以对异号电荷的离子进行吸附。
如果固体最初并不带有荷电质点,在电解质溶液中可以由分子和原子作用力优先吸附某种离子,然后作为荷电质点就可吸附异号电荷的离子。
各种离子被固体表面荷电质点吸附的能力是不相同的,这主要决定于离子本身的化学性质、电荷量、水合程度等因素。
一般说来,高价离子被吸附的能力超过低价离子,因为离子的电荷越强,静
电引力越大。
不同价离子的被吸附能力可以排列成以下顺序:
K v Ca2v Al 3v Th4
对于同价离子,离子半径越大则被吸附的能力越强。
这是由于大离子的极化性较强,受静电引力的影响较大,而另一方面,离子半径越大,其水合程度就越小,而水合层是会阻碍静电作用的,因此,一价阳离子被吸附能力的排列顺序:
Li v Na v K v Rb v Cs
二价阳离子:Mg 2• v Ca2v Sr2v Ba2
一价阴离子:Cl -v Br-v NO;v I -v CNS - 离子晶体在溶液中优先吸附与自身组成相一致的离子或性质相近
的离子及原子团。
这时的作用力就是静电性质的离子键力
如果固体表面优先吸附一种电荷的离子后,又吸附另一种异号电荷的离子,这时的吸附状态实际上相似于吸附了整个电解质分子,在界面上仍保持电中性状态,因此称为分子吸附或者非极性吸附。
这种吸附常发生于难电离的弱电解质或者两种离子可生成难溶化合物的情况。
若是固体的选择吸附特性很强,在表面上就会较多地专门吸附某种阳离子或
阴离子,而再由静电引力吸附地别一种异号离子数目可能达不到等当量。
这时固体表面就会带有多余地电荷,所产生地电位将由外围扩散层中的异号离子所平衡,这就是胶体溶液及其它体系中形成扩散双电层的情况。
吸附剂在溶液中有选择地吸附一种离子,同时又放出另一种带有同电荷地离子时,就构成了离子交换吸附过程。
如果这种过程完全是按照等量进行地,就属于纯粹地离子交换过程,而若放出的离子量少于吸附的离子量,就同时还存在离子吸附过程。