第3节 气体在固体表面上的吸附

气体吸附原理气体吸附是指气体分子在固体表面上附着的现象，它是一种重要的物理化学过程，广泛应用于化工、环保、能源等领域。

气体吸附原理是指气体分子在与固体表面相互作用时，通过吸附作用在固体表面上形成一层吸附层的过程。

气体吸附过程是一个复杂的物理化学过程，它受到多种因素的影响。

其中，最重要的是吸附剂的性质和气体分子的性质。

吸附剂的性质包括孔径大小、孔隙结构、化学成分等，而气体分子的性质则包括分子大小、极性、化学活性等。

这些因素共同作用，决定了气体在固体表面上的吸附行为。

气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。

物理吸附是指气体分子与吸附剂表面之间的范德华力作用，它是一种弱相互作用力，通常发生在低温下。

而化学吸附则是指气体分子与吸附剂表面发生化学键结合的过程，它是一种强相互作用力，通常发生在高温下。

在气体吸附过程中，吸附剂的孔隙结构对吸附性能起着至关重要的作用。

孔隙结构可以影响吸附剂的比表面积、孔体积和孔径分布等参数，从而影响气体分子在吸附剂表面上的扩散和吸附速率。

通常情况下，孔径越小，吸附剂的比表面积和孔体积越大，气体分子在其表面上的吸附性能也越好。

此外，气体分子的性质也对气体吸附过程产生重要影响。

一般来说，分子大小越小、极性越大、化学活性越高的气体分子，其在固体表面上的吸附性能也越好。

这是因为这些气体分子更容易与吸附剂表面发生相互作用，从而形成稳定的吸附层。

在工业应用中，气体吸附技术被广泛应用于气体分离、气体储存、气体检测等领域。

例如，在天然气净化过程中，气体吸附技术可以有效去除天然气中的杂质气体，提高天然气的纯度。

在气体储存领域，气体吸附技术可以将气体分子吸附到多孔吸附剂中，实现气体的高效储存和释放。

总之，气体吸附原理是一个复杂而重要的物理化学过程，它受到多种因素的影响。

通过深入研究气体吸附原理，可以更好地理解气体分子在固体表面上的吸附行为，为气体吸附技术的应用和发展提供理论基础和技术支持。

化学吸附反应化学吸附反应是指在化学反应中，物质与固体表面发生相互作用，通过吸附和解吸过程来实现物质的转化。

这种反应具有广泛的应用，包括催化剂的制备、环境污染治理、气体分离等领域。

化学吸附反应的基本原理是物质在固体表面的吸附和解吸过程。

当物质接触到固体表面时，由于表面的活性位点，物质分子会被吸附在固体表面上。

吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。

物理吸附是指物质分子与固体表面之间的相互作用力较弱，吸附过程是可逆的。

物质分子通过范德华力与固体表面相互作用，吸附后可以通过增加温度或减小压力来解吸。

物理吸附一般发生在低温和较低压力下，吸附量随着温度和压力的升高而减小。

化学吸附是指物质分子与固体表面之间的相互作用力较强，吸附过程是不可逆的。

物质分子通过共价键或离子键与固体表面发生化学反应，形成化学键。

化学吸附一般发生在高温和较高压力下，吸附量不随温度和压力的变化而改变。

化学吸附反应的速率受到多种因素的影响，包括温度、压力、吸附剂的性质、吸附剂的表面积等。

温度的升高可以增加反应速率，因为高温能够提供足够的能量来克服反应活化能。

压力的升高可以增加吸附剂与物质分子之间的碰撞频率，从而增加反应速率。

吸附剂的性质和表面积也会影响反应速率，具有较高表面积的吸附剂能够提供更多的活性位点，从而增加反应速率。

化学吸附反应在许多领域有重要的应用。

在催化剂的制备中，化学吸附反应可以使活性组分固定在催化剂的表面上，从而提高催化剂的活性和稳定性。

在环境污染治理中，化学吸附反应可以利用吸附剂吸附有害物质，净化废气和废水。

在气体分离中，化学吸附反应可以利用吸附剂对混合气体进行分离，实现气体的纯化和回收利用。

化学吸附反应是一种重要的化学反应过程，通过吸附和解吸过程来实现物质的转化。

它在催化剂的制备、环境污染治理、气体分离等领域具有广泛的应用。

深入研究化学吸附反应的机理和影响因素，对于提高反应效率和降低能源消耗具有重要意义。

固体表面吸附空气熵减
气体在固体表面的吸附过程中，熵的变化并不是一成不变的。

熵是表示物体的混乱程度的函数，物体越混乱熵值越大。

在固体表面吸附气体的过程中，气体分子在固体表面填充到晶体的空隙中，这种排列是有序的，因此熵会减小。

然而，吸附过程是否熵减还需要考虑其他因素。

例如，气体分子在固体表面吸附时，可能会发生其他变化，如化学键的断裂或形成等，这些变化可能会对熵产生影响。

如果这些变化导致熵增加，那么整个吸附过程的熵变化可能是正值。

因此，不能简单地认为气体在固体表面吸附时熵一定减小。

具体熵的变化情况需要根据吸附过程中的具体变化进行计算。

气体吸附原理
气体吸附原理是指气体分子与吸附剂表面相互作用，从而被吸附在吸附剂表面上的过程。

吸附剂可以是固体，常见的有活性炭、分子筛等。

气体分子在接近吸附剂表面时，由于分子间的吸引力作用或弱相互作用力（如范德华力、氢键等），会发生吸附现象。

气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。

物理吸附是指气体分子与吸附剂之间的相互作用力较弱，吸附剂表面上的静电场、范德华力等起主导作用。

物理吸附的特点是吸附热低、吸附容易受温度和压力的影响，吸附分子和吸附剂之间的相对运动较大。

物理吸附通常在低温和高压条件下发生。

化学吸附是指气体分子与吸附剂之间形成了化学键或化学反应，吸附剂表面上的活性位点与气体分子发生相互作用，形成化学络合物。

化学吸附的特点是吸附热高，吸附容易受化学反应速率及反应热的影响，吸附分子和吸附剂之间的相对运动较小。

化学吸附通常在高温和低压条件下发生。

气体吸附原理的应用非常广泛。

例如，在环境领域中，活性炭可以用于吸附空气中的有机物和气味分子；在工业生产中，分子筛可以用于分离和纯化气体混合物；在气体分析领域，气相色谱柱中的吸附剂可以用于分离和检测气体成分等。

通过充分利用吸附原理，能够实现对气体分子的选择性吸附和分离，具有重要的理论意义和实际应用价值。

吸附的基础理论自从1773年席勒（C. W. Scheele）发现“木炭一气体”体系中的吸附现象以来，吸附操作在化学、食品等工业部门，对气体和液体的精制、分离等方面得到广泛的应用。

最近，尤其是使用活性炭、分子筛为吸附剂的吸附操作，在天然气、空气净化或下水道废水及工业废水的深度处理等有关防止公害污染的部门中，亦得到了广泛应用，从而引起了人们的注意。

当流体（气体或液体）与多孔的固体表而接触时，由于气体或液体分子与固体表面分于之间的相互作用，流体分子会停留在固体表面上，这种使流体分子在固体表面上浓度增大的现象称力固体表面的吸附现象。

吸附操作，就是利用多孔性固体对流体混合物中各组分的选择性吸附。

当流体与团体表面接触时，流体中一种或几种组分被选择性地吸附在固体表面上，这样就达到了被吸附组分与流体中其他组分分离的目的。

通常被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的固体称吸附剂。

吸附过程的特点吸附操作的主要优点是选择性高。

因为固体表面是凹凸不平的，而且不同的固体表面的分子具有不同的特性，其吸附力也不同。

因此不同的吸附剂对不同吸附质的吸附效果往往有很大差别。

这样，吸附可用以分离其他分离过程难以分离的流体混物。

又因多孔的固体吸附剂具有巨大的内表面积，吸附速度极快，吸附作用可以进行得相当完全。

用它可有效地回收浓度很低的溶质，而留下大量无用的气体或液体；可消除浓度很低的有害或无用的组分而得到大量洁净的气体或液体，其分离效果多半是其他分离操作（如蒸馏、吸收、干燥等过程）难以达到的。

当物理吸附时，根据吕•查德里原理，温度越低，吸附量越大。

物理吸附与化学吸附根据吸附剂表面与被吸附物质之间的作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。

物理吸附是指流体中被吸附物质分子与固体吸附剂表面分子间的作用力为分子间吸引力，即“范德华力”所造成的；在吸附剂表面能形成有数个吸附质分子的厚度（多分子）或单分子的—个吸附层；其吸附速度很快，相问的平衡—般在瞬间即可达到；吸附过程类似气体凝聚的物理过程，放出的热量相当于气体的凝聚热。

变压吸附气体分离技术目录序言…………………………………………………………….第一节气体吸附分离的基础知识………………………….一、吸附的定义………………………………………….二、吸附剂……………………………………………….三、吸附平衡和等温吸附线——吸附的热力学基础….四、吸附过程中的物质传递…………………………….五、固定床吸附流出曲线——吸附动力学基础……….第二节变压吸附的工作原理……………………………….一、吸附剂的再生方法…………………………………..二、变压吸附的工作步骤………………………………..三、吸附剂的选择………………………………………..第三节变压吸附技术的应用………………………………..一、回收和精制氢………………………………………..二、从空气中制取富氧……………………………………三、回收和制取纯二氧化碳………………………………四、从空气中制取纯氮……………………………………五、回收和提取一氧化碳…………………………………六、从变换气中脱出二氧化碳…………………………….附Ⅰ：变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明……………….附Ⅱ：回收率的计算方法……………………………………….第一节气体吸附分离的基础知识一、吸附的定义当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面的原子的剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。

相反，固体表面上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。

被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层，称为吸附相。

吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。

当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的压力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。

吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。

伴随吸附过程所释放的的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。

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。

表面活性剂的吸附作用浅析发表时间：2019-06-10T15:59:56.593Z 来源：《知识-力量》2019年8月29期作者：王祥程[导读] 表面活性剂剧透粘度低、润湿性好、有较好乳化降粘的作用且在低浓度情况下能有效降低表面张力的良好性能，因此在油田开发过程中有大量的应用。

但研究发现在油田应用时用量较高，因此探究表面活性剂的吸附作用对于其在油田的经济有效的使用具有重要作用。

（成都理工大学能源学院，610059）摘要：表面活性剂剧透粘度低、润湿性好、有较好乳化降粘的作用且在低浓度情况下能有效降低表面张力的良好性能，因此在油田开发过程中有大量的应用。

但研究发现在油田应用时用量较高，因此探究表面活性剂的吸附作用对于其在油田的经济有效的使用具有重要作用。

关键词：表面活性剂；吸附；作用机理1 表面活性剂表面活性剂，是指加入少量该物质就能够使得改溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。

具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。

表面活性剂的分子结构具有两亲性：其中一端是亲水基团，另一端是疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。

表面活性剂按离子类型分类可以分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂）、非离子型表面活性剂等。

在驱替过程中表面活性剂会被吸附在岩石、油砂等固体表面，造成表面活性剂在油藏中的大量损耗，不仅带来直接的经济损失，也对驱替效果造成影响。

因此，探究表面活性剂的吸附性意义重大。

2 吸附作用2.1 吸附作用概述当气相或液相中的分子或原子、离子碰撞到固体表面时，由于它们之间的相互作用,使一些分子或原子、离子停留在固体表面上。

当体系达到热力学平衡时，固体表面上的气相或液相分子或原子、离子的浓度比在气相或液相中的浓度大，这种现象称为吸附作用。

通常把固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质，吸附质可以是气体或液体。