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范德华力在椰壳活性炭物理吸附性能上的解释

作者:   来源:    发布时间2020-07-24 10:50:29  
椰壳活性炭物理吸附也称范德华吸附,它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起,此力也称作范德华力。吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有自由的力场来吸引吸附质,由于它是分子间的吸力所引起的吸附,所以结合力较弱,吸附热较小,吸附和解吸速度也都较快。被吸附物质也较容易解吸出来,所以物理吸附是可逆的。如:椰壳活性炭对许多气体的吸附,被吸附的气体很容易解脱出来而不发生性质上的变化。

同一物质,可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附,或者两者同时进行。吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。如活性炭的表面积很大,吸附作用强;活性炭易吸附沸点高的气体,难吸附沸点低的气体。
吸附质分子与吸附剂表面原子或分子间以物理力进行的吸附作用。这种物理力是范德瓦耳斯力,它包括色散力、静电力和诱导力。对于极性不大的吸附质和吸附剂,色散力在物理吸附中起主要作用。当极性分子与带静电荷的吸附剂表面相互作用,或因吸附质与吸附剂表面分子作用,使二者的电子结构发生变化而产生偶极矩时,定向力和诱导力在物理吸附中也有重要作用。有时吸附质分子与吸附剂表面以形成氢键的形式发生物理吸附。

椰壳活性炭物理吸附有以下特点:①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结,故物理吸附热较小,与相应气体的液化热相近;②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大;③物理吸附一般不需要活化能,故吸附和脱附速率都较快;任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附,没有选择性;④物理吸附可以是单分子层吸附,也可以是多分子层吸附;⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键,故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现,但可有位移;⑥物理吸附是可逆的;⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。

活性炭对气体吸附理论主要有朗缪尔单分子层吸附理论、波拉尼吸附势能理论、 BET多层吸附理论(见多分子层吸附)、二维吸附膜理论和极化理论等,以前三种理论应用最广。这些吸附理论都从不同的物理模型出发,综合考查大量的实验结果,经过一定的数学处理,对某种(或几种)类型的吸附等温线的限定部分做出解释,并给出描述吸附等温线的方程式。
 

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