吸附平衡计算的关键问题是建立类似于式(9-36)的关系,但对气固界面的界面张力通常难以准确测定,而且体相也只用一个气相。因此,对气固吸附平衡,式(9-36)可简化为
即建立吸附量与温度、压力和气相组成间的普遍关系式。
图9-5 氨在炭上的吸附等温线
如果为纯气体,则吸附曲线Γ=Γ(T,p)主要反映固体吸附气体时,吸附量与温度、压力的关系。吸附曲线通常有三种表示方法:一定温度下的Γ-p曲线,即吸附等温线(图9-5);一定压力下的ΓT曲线,即吸附等压线(图9-6);吸附量恒定下的p-T曲线,即吸附等量线(图9-7)。三类吸附曲线彼此相关,其中任意一类曲线都可以用来描述吸附作用规律。实际工作中使用最多的是吸附等温线。
图9-6 氨在炭上的吸附等压线
图9-7 氨在炭上的吸附等量线
常见的吸附等温线可分为五种基本类型,见图9-8。图中纵坐标是吸附量,用单位质量吸附剂(固体)上吸附气体体积(标准状态)表示;横坐标是相对压力p/pS,pS是气体在吸附温度时的饱和蒸气压,p是吸附平衡时气体的压力。(www.daowen.com)
图9-8 气固吸附等温线的五种基本类型
图中的类型Ⅰ为朗缪尔(Langmuir)型,一般属于单分子层吸附,化学吸附多属此类型。对于物理吸附,如具有孔径为2~3nm以下微孔的吸附剂,在较低的相对压力下也可以发生多层吸附与毛细管凝结现象,致使吸附量随着相对压力的增加而剧增,以后由于微孔很快被填满,吸附呈现饱和状态,从而表现为类型Ⅰ。类型Ⅱ吸附剂一般具有孔径为5nm以上的微孔,随相对压力的增加,将依次发生单分子层吸附、多分子层吸附和毛细管凝结现象。由于其微孔孔径并无上限,所以吸附量随压力升高急剧增加。类型Ⅳ吸附剂微孔孔径在2~20nm之间,在相对压力接近于1时,因大孔已被填满而使吸附量呈饱和状态。类型Ⅲ和类型Ⅴ的吸附剂与吸附质之间的吸附力较弱,因而起始的吸附量很小,当相对压力增高后,发生多分子层吸附与毛细管凝结现象,导致曲线上凹。从吸附等温线可理解吸附剂和吸附质之间相互作用强弱、吸附剂表面性质以及孔大小、形状和孔径分布等信息。
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