表面吸附在工业生产中有何重大意义，主要用于哪些工业领域？

wuyufeng

表面吸附在工业生产中有何重大意义，主要用于哪些工业领域？

湘寒月

固体表面吸附

⑴固体吸附 在固体内部，形成点阵的每个粒子受到周围粒子的作用力而相互抵消，而位于固体表面层的粒子，仅受到固体表面层内部粒子的吸引作用，固体外部又几乎没有粒子，因而表面层中分子的合力不为零，合力方向垂直于固体表面指向固体内部，于是在固体表面层附近形成一个表面势场。当环境中的异种气体分子运动到足够靠近固体表面时，在这势场作用下被吸附到表面上，同时减少了固体的表面势能。这种现象就称为固体的表面吸附。在吸附过程中，固体所减少的表面能以热量方式不断向外释放，所释放的热量称为吸附热。被固体表面吸附的气体分子将参与固体的热运动（振动），那些热运动动能足够大的吸附质分子，可克服吸附剂分子的吸引力而重新回到气体中。通常在与气体接触的固体表面上总保留着一些被吸附的气体分子。温度越低，被吸附的分子也越多。

吸附作用分为两类：一种是物理吸附。在物理吸附中，吸附质分子与吸附剂分子之间的相互作用力是范德瓦尔斯力，所以物理吸附能保证吸附质分子的完整性不被破坏。例如活性炭可吸附各种气体分子，也可吸附溶液中的某些溶质分子等。物理吸附不稳定，它易于退吸附，对吸附物质无选择性，在一定温度下，任何固体表面都可吸附气体。另一种是化学吸附。在化学吸附中，吸附质分子与吸附剂分子之间形成表面化学键，使被吸附的气体分子内部结构发生变化，这类同于气体分子与固体表面层分子发生的化学反应。例如镍吸附氢时，氢气分子分解为氢原子后，再被吸附到镍的表面上。在有的化学吸附中常伴随有吸附质分子中的价电子的重新分配。化学吸附较稳定，不易退吸咐，有一定的选择性。一般很难判断所产生的吸附是物理吸附还是化学吸附，因为这两种吸附常同时出现。

⑵吸附等温线 一般说来，在吸附质气体的临界温度以上时，在非反应的固体表面上所吸附的常是单层的吸附分子。只有在临界温度以下才可能在固体表面上吸附多层分子。对于单层吸附，可将单位面积固体表面所覆盖的吸附分子数定义为覆盖率θ。在等温条件下，覆盖率θ随吸附气体的压强p变化的关系称为吸附等温线。利用统计物理可证明，单分子层的吸附等温方程为

（1）

其中b是一与温度有关的常数。θ与p之间的关系曲线称为朗缪尔吸附等温线。当压强增大到一定程度，整个固体表面已差不多覆盖满一层吸附分子时，θ已基本不变，吸附已接近饱和。另外，温度越低，也越有利于吸附，因为这时已被吸附的分子更不容易挣脱吸附剂分子的吸引力而逃逸到气体中。所以在p一定时，T越小，θ越大。因为式（1）中的b是T的函数，且b随T的增大而减小，所以θ也随T的增大而减小。

⑶固体的比表面积 显然，固体表面的吸附能力不仅与被吸附气体的压强、温度有关，也与固体表面积的大小有关。通常我们所接触的是大块固体，虽然固体表面总是凹凸不平的，但单位质量固体所具有的表面积（称为比表面积）仍很小。为了扩大比表面积，常把吸附剂做成多孔性的物质。常用的吸附剂如分子筛、活性炭、硅胶等都是多孔性物质。

⑷退吸附与吸附能 当吸附剂所吸附的气体分子达到饱和或接近饱和时，需进行退吸附处理，以便下次再投入使用。与吸附相反，退吸附应在加热、抽真空条件下进行。因为吸附分子热运动越剧烈，越有利于挣脱吸附剂对它作用的分子力而逸出，而抽真空不仅可把已退吸附的分子及时抽走，使之不致再次碰到固体表面而重新被吸附，而且也利于被吸附分子的逸出。因为在退吸附过程中需克服分子力作功，所以在退吸附时固体表面要吸收能量。我们把平均每个分子退吸附所需吸收的能量称为吸附能，它表示平均说来一个吸附分子比一个气态自由粒子所降低的能量。物理吸附的吸附热与升华热的数量级一般相同。简单分子的物理吸附热大约在4～20kJ·mol-1范围内。复杂分子的物理吸附热大约在40～80kJ·mol-1范围内。化学吸附热可与化学反应热相比拟，一般在40～400kJ·mol-1范围内

吸附在实验及生产技术中有很多重要应用。抽真空过程中，真空容器表面吸附气体的慢性释放是影响抽真空的速度及真空度提高的重要因素之一。提高真空部件表面的光洁度及对表面进行清洁处理可减少所吸附的气体及表面杂质。相反，钛泵是利用吸附作用来获得超高真空的设备。若在真空容器中加入一些被液氮冷却的活性炭，也能明显提高真空度。吸附在防毒、脱色、脱臭以及对混合物进行分离、提纯及污水处理、净化空气中都有重要的应用。它对催化剂的研究起重大作用。

wuyufeng

belldou 发表于 2011-7-17 21:32
固体表面吸附

⑴固体吸附 在固体内部，形成点阵的每个粒子受到周围粒子的作用力而相互抵消，而位于固体表 ...

谢谢了，辛苦了，虽然有点长，但长知识了