第3节气体在固体表面上的吸附资料
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固态吸附二氧化硫
固态吸附二氧化硫主要指的是利用多孔性固体吸附剂处理含硫烟气,使烟气中的二氧化硫组分吸附于固体表面上,以达到烟气脱硫的目的。
这种方法对低浓度的二氧化硫具有很高的净化效率,设备简单,操作方便,可实现自动控制,并且能有效地回收二氧化硫,实现废物资源化。
常用的吸附剂有活性炭、活性炭纤维等。
其中,活性炭纤维吸附剂是利用多羟基纤维素、碳素、聚丙烯腈纤维、沥青纤维、黏胶纤维等纤维原料,经低温碳化、磷酸活化及添加各种活性组分制成,具有含碳量高、表面微观特性好、吸附脱附速度快等优点。
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。
dft 物理吸附化学吸附1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述DFT物理吸附和化学吸附的背景和基本概念。
可以参考如下内容:概述DFT(密度泛函理论)是一种基于量子力学的理论模型,用于研究原子、分子和固体材料的电子结构和性质。
在材料科学和化学领域,DFT被广泛应用于理解和预测物质的吸附现象。
吸附是指气体、液体或固体的分子或离子与固体表面发生相互作用并留在表面上的过程。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附,也被称为吸附剂表面上的静电吸附,是通过分子间的范德华力相互作用形成的。
物理吸附通常在较低的温度和相对较低的压力下发生,吸附分子与吸附剂之间的相互作用相对较弱。
在物理吸附过程中,吸附分子与吸附剂之间没有化学键的形成或破裂。
这种吸附通常是可逆的,在吸附剂上形成吸附层,但吸附分子可以很容易地释放或重新吸附到其他位置。
化学吸附与物理吸附相比,涉及到更强的化学键形成和破裂。
在化学吸附过程中,吸附分子与吸附剂之间发生电子转移或共价键形成,从而形成化学键。
这种吸附通常在较高的温度和相对较高的压力下发生,并且具有较高的吸附能。
与物理吸附不同,化学吸附往往是不可逆的,吸附分子与吸附剂形成稳定的化学键,必须通过外部能量输入才能使其解离。
理解和研究吸附现象对于许多应用领域具有重要意义,例如催化剂设计、气体分离、环境污染控制等。
DFT方法的引入使得我们能够更准确地预测和解释物理吸附和化学吸附的过程,有助于优化材料的吸附性能和设计更高效的吸附剂。
在本文中,我们将首先介绍DFT (密度泛函理论)的基本原理和应用,然后详细讨论物理吸附和化学吸附的特点和机理。
最后,我们将总结物理吸附和化学吸附在各个领域的应用,并展望未来的研究方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容:本文按照以下结构进行组织和阐述。
首先,在引言部分(章节1),我们将对本文的主题进行概述,介绍DFT(密度泛函理论)的基本原理和应用背景,同时明确文章的目的。
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。
气体的纯化吸附与吸附剂吸附分别的物理原理吸附分别过程是一种非相变过程。
这种过程省略了普通精馏过程中的气体压缩、冷凝、液化步骤,以及精馏时溶液气化步骤,因而节省了能量。
当气体(或液体)混合物与固体接触时,在吸附剂表面形成一个吸附相,其纵深范围大约是几个分子大小。
吸附相的组成与气体(或液体)主体相不同,某组分在吸附相的浓度可能比其在主体相中的浓度高上几倍至几千倍。
利用这种性质分别混合物的办法称为吸附分别。
1.挑选性吸附固体表面的原子(离子或基团)与外来分子间的引力称为吸附力,它的本质是范德华力。
范德华力是一种电磁力,按照产生机制的不同,范德华力又细分为取向力、诱导力和色散力。
范德华力是存在于分子间的一种不具有方向性和饱和性,作用范围在亚纳米到纳米之间的力,它对物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、表面张力和黏度等物理化学性质起到打算性的影响。
由范德华力的表达式可知,吸附力的大小与表面和分子的性质有关。
这些性质包括:表面上的原子(离子或基团)的电荷、偶极矩和表面的几何特性、极化率和分子的外形尺寸等。
各种表面和分子的这些性质的差异引起了吸附力的差异。
吸附力大的分子在吸附相的浓度就高,反之,吸附力小的分子在吸附相的浓度就低。
除了一些容易的体系(例如惰性气体在晶体上的吸附)外,目前还不能从范德华力的表达式挺直计算吸附力。
为了分别指定的气体混合物,只能靠试验来挑选或研制所挑选的吸附剂。
理论上可按照与范德华力有关的性质定性地推想吸附力的大小。
文献上有一些试验数据关联的结果。
挑选性吸附的应用实例有:分子筛(沸石)、硅胶、活性氧化铝脱除气体中水分;活性炭脱除水中有机物;分子筛(沸石)分别空气中和;用活性炭和分子筛(沸石)低温吸附制取高纯氢气、氦气;变压吸附制取多种气体、几乎包括无数电子工业所用气体的纯化。
2.分子筛效应有些多孔固体中的微孔孔径是均一的,而且与气体分子尺寸相当,尺寸小于微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附,比孔径大的分子则被排斥在外,这种现象称为分子筛效应。