理论教育 物理吸附及其表征的吸附活性

物理吸附及其表征的吸附活性

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:物理吸附 如果固体表面的质点所有的化学结合力已被相邻质点所饱和,这时固体质点和吸附物之间只能靠分子间作用力相互吸引,这类吸附称为物理吸附。通常吸附剂表面分子与吸附物之间是借分子间作用力而吸附的,这个作用力大小与吸附剂与吸附物种类有关。吸附活性用单位质量或体积的吸附剂所吸附的吸附物质数量来表示。

物理吸附及其表征的吸附活性

在清洗过程中利用污垢对不同的物质表面亲和力的差别,在气体或流体介质中将污垢从原来吸附的物质表面转移到另一物质表面达到去污目的,把这种操作称为吸附清洗。

1.吸附现象与机理

一种物质以原子或分子形式附着在另一种物质表面上的现象称为吸附。能够吸附气体或溶液中的溶质是固体表面的一种特征性质,它与固体表面具有过剩的能量有关,固体表面上各个质点被固体内部质点吸引着,而外部没有吸力,力不平衡,存在剩余力场,这个不平衡的力场通过吸附别的分子得到某种程度的补偿。吸附按作用力性质分为物理吸附和化学吸附两类。

(1)物理吸附 如果固体表面的质点所有的化学结合力已被相邻质点所饱和,这时固体质点和吸附物之间只能靠分子间作用力相互吸引,这类吸附称为物理吸附。分子间的引力可分为取向力、极化力及色散力,其中色散力是最主要的。

分子中的原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成的。如带正电荷的中心与带负电荷的中心恰好重合,这种分子称为非极性分子,否则称为极性分子。当非极性分子相互靠近时,因原子中电子的不断运动和原子核的不断振动,要使每一瞬间正负电荷中心都重合是不可能的,在某一瞬间总有偶极存在,由瞬间偶极产生的分子间作用力称为色散力。当极性分子与非极性分子接近时,除了有色散力外,还由于非极性分子受到极性分子电场的影响而产生诱导偶极,这种诱导偶极与极性分子固有偶极之间所产生的吸引力称为诱导力,同时诱导偶极又作用于极性分子使其偶极距离增加,从而加强它们之间的吸引。当极性分子相互靠近时,色散力也起作用,由于它们固有偶极之间同极相斥,异极相吸而造成偶极之间取向,这种偶极间取向而引起的分子间作用力称为取向力,取向力的存在使极性分子更加靠近。另外,在相邻极性分子的固有偶极作用下使每个分子的正负电荷中心更加分开产生诱导偶极,因此极性分子还存在诱导力。

(2)化学吸附 如果固体表面的原子化学结合力未完全被相邻原子饱和,还有剩余的形成化学键的能力,则在吸附剂与吸附物之间可以发生电子转移形成化学键。这种靠化学键结合作用的吸附称为化学吸附。

工业清洗中利用的吸附多是物理吸附。

2.吸附剂的特性(www.daowen.com)

作为吸附剂,要求其具备的基本特征是与污垢有很强的亲和力而且本身有很大的吸附表面积。

吸附剂的表面与污垢之间可能存在物理和化学的亲和力,这种亲和力包括分子之间作用力、氢键力、静电引力以及化学键力。通常吸附剂表面分子与吸附物之间是借分子间作用力而吸附的,这个作用力大小与吸附剂与吸附物种类有关。在另一些情况下,当污垢粒子与吸附表面带有相反电荷时,也可以靠静电引力吸附。

判断物质表面的亲水性及亲油性大小,常采用测定接触角的方法。如果水滴在某一物质表面的接触角较大而油滴在它的表面的接触角较小,说明这种物质的亲油性大。因此在选择吸附剂时可根据污垢的亲水性、亲油性选择合适的吸附剂。图4-3所示为接触角示意图AN为液滴与固体的左右接触边界点,M线为A点向液滴轮廓做的切线。

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图4-3 接触角示意图

a)接触角θ<90° b)接触角θ>90°

在体积一定的情况下,具有最大表面积的物质才适合做吸附剂。吸附活性用单位质量或体积的吸附剂所吸附的吸附物质数量来表示。在清洗过程中用到的吸附剂有纤维状吸附剂、多孔性物质吸附剂(活性炭、硅藻土、酸性白土、活性白土、硅胶及分子筛等)、胶体粒子。

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