固体表面的物理吸附和化学吸附
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由于固体表面上原子或分子的力场是不饱和的，就有吸引其它分子的能力，从而使环境介质在固体表面上的浓度大于体相中的浓度，这种现象称为吸附。吸附是固体表面最重要的性质之一。
在表面工程技术中，许多工艺都是通过基体和气体或液体的表面接触作用而实现的，因此了解表面对于气体和液体的基本作用规律是非常重要的。
2.2.1固体对气体的吸附
气体分子或原子在固体表面上发生吸附作用的吸引力和单个原子或分子之间相互作用力本质上没有多大区别，问题只是表面原子参与了固体的体相结构，因此使力收到影响。一个气体分子被表面吸附的吸引力主要分成物理和化学两类：<1>物理吸附： 任何气体在其临界温度以下，都会在其和固体表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。但两者之间没有电子转移，<2>化学吸附： 气体和固体之间发生了电子的转移，二者产生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化学键的力相似，较范德华力大的多。 但并不是任何气体在任何表面上都可以发生化学吸附。
表2-2列出了物理吸附和化学吸附的不同特点:
表2-2 物理吸附与化学吸附的区别
比较项 物理吸附 化学吸附
吸附热 近于液化热（1～40kj·mol-1） 近于反应热（1～40kj·mol-1）
吸附力 范德华力 弱 化学键力 强
吸附层 单分子层或多分子层 仅单分子层
吸附选择性 无 有
吸附速率 快 慢
吸附活化能 不需 需要、且很高 吸附温度 低温 较高温度
吸附层结构 基本同吸附质分子结构 形成新的化合态
虽然二者有明显的区别，但二者并不是孤立的、截然分开的，在固体表面上常常会出现化学吸附和物理吸附同时存在的现象。而且，气体先进行物理吸附再发生化学吸附要比先解离再发生化学吸附容易 得多。这个我们从物理吸附和化学吸附的位能曲线可清楚的看出。（点击放大）
吸附理论
1、Langmuir理论
Langmuir用动力学理论来处理Ⅰ型吸附等温线，作了如下假设：
（1）吸附剂表面是均匀的；
（2）每个吸附位只能吸附一个分子且只限于单层，即吸附是定域化的；
（3）吸附质分子间的相互作用可以忽略；
（4）吸附-脱附的过程处在动力学平衡之中。
从而得出Langmuir方程如下：
1mmppVKVV
V──吸附体积；Vm──单层吸附容量；p──吸附质压力；K──常数。
虽然Langmuir方程描述了化学吸附和Ⅰ型吸附等温线，但总的来说不适用于处理物理吸附和Ⅱ到Ⅴ型吸附等温线。如前所述，Ⅰ型吸附等温线反映的吸附类型可能是化学吸附也可以是微孔中的物理吸附。对于化学吸附，如负载金属催化剂的金属表面积测量是合适的，但对于一般物理吸附来说测量值往往偏大。此外，对于微孔物质如活性炭和分子筛上的吸附，是否是单层吸附还有待商榷等等。
2、BET理论
在物理吸附过程中，在非常低的相对压力下，首先被覆盖的是高能量位。具有较高能量的吸附位包括微孔中的吸附位（因为其孔壁提供重叠的位能）和位于平面台阶的水平垂直缘上的吸附位（因有两个平面的原子对吸附质分子发生作用）。此外，在由多种原子组成的固体表面，吸附位能也会发生改变，这取决于暴露于表面的原子或官能团的性质。
但是，能量较高的位置首先被覆盖并不意味着随着相对压力增高、能量较低的位置不能被覆盖，而只是说明在能量较高的位置上物理吸附分子的平均停留时间较长。因此，当吸附质气体压力增高时，表面逐渐被覆盖，气体分子吸附于空白表面的几率增加。在表面被完全覆盖之前有可能形成第二吸附层或更多的吸附层。在实际情况下，不可能有正好覆盖单层的相对压力存在。BET理论可以在不管单分子层吸附是否形成的条件下，能有效地从实验数据获得形成单分子层所需的分子数目。
BET理论是Brunauer、Emmertt和Teller在1938年提出多层吸附模型，它发展了Langmuir单层吸附理论。他们把Langmuir动力学理论延伸至多层吸附，所作的假设除了吸附层不限于单层而可以是多层外，与Langmuir理论所作的假设完全相同。BET理论假设吸附在最上层的分子与吸附质气体或蒸气处于动力学平衡之中。
８８ 能源技术与管理 ２００８年第５期
环 保与 洁 净 煤
煤低温物理吸附氧以及水分对吸附影响的研究
［摘要］
［关键词］ 陈亮，路长，余明高，林棉金，贾海林 （河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作４５４００３）
利用ｚＲ卜ｉ型煤自燃性测定仪测出煤在低温恒压时的吸氧量，比较不同温度下吸 氧量的变化：同时比较相同温度下不同煤样吸氧量的差异，分析产生差异的原因。 结果表明：煤在低温时物理吸附量随环境温度升高而下降；褐煤相对于其它三种煤 样吸氧量偏大，是由于煤中水分蒸发造成比表面积增大造成的，同时，煤的结构也 是一个不可忽视的因素。 物理吸附；吸氧量；煤自燃；比表面积 ［中图分类号］ＴＱ５３０．２［文献标识码］Ｂ［文章编号］
０引 言
煤吸附氧气后发生氧化是煤自燃的主要原
因…。１９８２年，胶体与表面化学的国际学术会议上
指出吸附就是在界面上发生增浓的现象，是由于 物理或化学的作用力场，某种物质分子能够附着
或结合在两相界面上的浓度与两相本体不同的现
象 。煤是一种包含微孑Ｌ和大孔系统的双重孔隙 介质，所以煤是一种天然吸附剂。煤吸附氧气分为
物理吸附和化学吸附。物理吸附是吸附分子在吸
附剂表面上的一种吸附，依靠吸附剂表面与吸附
分子间的范德华力，发生物理吸附时固体表面与
吸附分子组成都不会改变。化学吸附的吸附质与 吸附剂之间本质上发生了表面化学反应，它们的
粒子间有电子的交换、转移或共有，从而可导致原
子的重排、化学键的形成或破坏，并且以相似于化
学键的表面键力相结合 。煤的氧化过程十分复 杂，低温时煤氧结合主要发生物理吸附，而化学吸
附则需要在较高温度下才能进行 。。煤的物理吸 附氧是煤自燃过程的第一步，其重要作用是为煤 对氧的化学吸附输送氧。戴广龙等人提出了煤的
吸氧量与吸氧速度的关系；张晓东等人研究了煤
中孑Ｌ径结构对吸氧能力的影响；陆伟等人则从吸
基金项目：国家自然科学基金项目（５０２７４０６１）；河南省基 础与前沿技术研究计划项目（０７２３００４２０１８０，０８２３００４６３２ ０５）；河南省新世纪优秀人才支持计划项目（２００５ＨＡＮＣＥＴ
吸附的技术原理及应用
1. 吸附技术的概述
吸附是一种通过基质表面上的物理或化学作用从气体或液体中吸附物质的过程。它是一种常见的分离与纯化方法，被广泛应用于各个领域，如环境保护、化工、制药等。吸附技术具有高效、低成本、易操作等优点，因此备受关注。
2. 吸附技术的原理
吸附技术的原理基于物质表面的相互作用力，主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
2.1 物理吸附
物理吸附是指在表面作用力的作用下，通过范德华力或静电吸引力将气体或液体中的物质吸附到固体表面上。物理吸附的特点是吸附剂与吸附质之间的相互作用力较弱，吸附剂可重复使用。常见的物理吸附材料包括活性炭、分子筛等。
2.2 化学吸附
化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应，形成化学键而实现吸附。化学吸附的特点是吸附剂与吸附质之间形成强化学键，吸附剂往往不能重复使用。常见的化学吸附材料包括活性氧化铝、离子交换树脂等。
3. 吸附技术的应用
吸附技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的应用领域。
3.1 空气净化
吸附技术在空气净化中起到重要作用。通过选择适当的吸附剂，可以有效去除空气中的有害气体和颗粒物。例如，活性炭可以去除空气中的甲醛、苯等有机污染物，而分子筛则可以去除水分子中的氧气和二氧化碳。
3.2 废水处理
吸附技术也广泛应用于废水处理领域。通过使用吸附剂将废水中的有机污染物吸附到固体表面上，可以实现废水的净化和回收利用。离子交换树脂是常用的吸附材料，它可以吸附废水中的重金属离子和有机溶剂。 3.3 药物提纯
在制药过程中，吸附技术被广泛用于药物的提纯。通过使用特定的吸附剂，可以选择性地吸附目标物质，去除其他杂质。这种方法不仅能够提高药物的纯度，还可以提高药物的产量和质量稳定性。
3.4 气体分离
吸附技术在气体分离中也有广泛应用。通过选择具有不同亲和性的吸附剂，可以实现对混合气体中特定成分的分离。例如，PSA（Pressure Swing Adsorption）技术可以将二氧化碳从天然气中分离出来。
