理论教育 气固吸附的等温式探究

气固吸附的等温式探究

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:气固吸附等温式既可从界面状态方程出发建立,也可依据一定的理论基础推导得到。各种吸附等温式在压力或浓度趋于零时,都应符合气体吸附的亨利定律。

气固吸附的等温式探究

气固吸附等温式既可从界面状态方程出发建立,也可依据一定的理论基础推导得到。一旦建立了气固吸附等温方程的解析式,再结合有限的实验数据,就可用于纯物质吸附计算以及混合物吸附量和界面相组成的计算。

根据界面压定义π=σ*-σ,并假设气相为纯气体,则吉布斯吸附公式(9-41)可表示为

积分上式,并注意积分下限f(G)→0,θ→0,有

如果压力很低,f(G)=p,则有

除上述理想的二维状态方程外,还可采用其他范德瓦耳斯型、位力型的二维状态方程来导出相应的吸附等温式。这些方程列于表9-1中。它们不仅可用于固体表面,也可用于液体表面。

表9-1 界面状态方程及相应的吸附等温式

下面介绍几个实用的吸附等温方程。

9.3.2.1 朗缪尔吸附等温式

式中,b是常数,只与温度有关;p是吸附平衡的气相压力。朗缪尔吸附等温式适用于单分子层吸附。式(9-69)能较好说明图9-8所示类型Ⅰ吸附。在低压时,bp比1小得多,1+bp≈1,Γ=Γbp,Γ与p成正比(符合亨利定律)。在高压时,bp比1大得多,1+bp≈bp,Γ=Γ,说明吸附剂表面已为单分子层的吸附质所覆盖。对于混合物的吸附,式(9-69)可推广为

对于两组分气体混合物的吸附,由式(9-70)可知,一种气体分压的增加将减少另一种气体的吸附。b小的气体的存在对b大的气体的吸附影响不大,但b大的气体的存在可使b小的气体的吸附量大大降低。

9.3.2.2 弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温式

式中,参数k可看作是单位压力时的吸附量,n是经验参数,它们在一定温度下对指定的系统而言是常数。

9.3.2.3 BET多分子层吸附等温式

式中,c为与首层吸附热和冷凝热有关的特性参数。将式(9-72)变换成

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