(1)Langmuir等温式
Langmuir单分子层吸附理论从动力学出发,其基本观点是气体在固体表面的吸附是一个动态平衡,即吸附和解吸两个相反过程共同作用的结果。这个理论有两个基本假设:吸附是单分子层吸附;气相的气体分子之间没有相互作用,也不受临近固体表面力场的作用[2]。从以上基本观点出发,可推导出Langmuir吸附等温式的两种形式。
式中,θ是固体表面的覆盖率,;V是压力p时固体表面的气体吸附量;Vm是固体表面达到单分子层吸附饱和时的气体吸附量;a是吸附反应的平衡常数或称为吸附系数。
从Langmuir吸附等温式(7-1)可以看出单分子吸附的特点:在低压区,θ≈ap,覆盖随压力增加而线性增加;在高压区,θ≈1,随着压力增大覆盖率恒定为1,也就是固体表面达到饱和后吸附量不会再增加。从式(7-2)可以看出,由做直线,可以得到饱和吸附量Vm和吸附系数a。吸附系数和吸附热Q存在一个关系式(7-3),常用来计算气体在某一固体表面的吸附热。
(2)BET多分子层吸附等温式(www.daowen.com)
在实际情况下,气体在固体表面的吸附常常不是严格的单层吸附,而是多层吸附,这时Langmuir单层吸附模型很难在所有压力范围内适用。Brunauer、Emmett、Teller三人提出了多分子层吸附模型,也叫BET模型。BET模型认为在单分子层吸附后,固体表面还会继续发生多分子层吸附,第一层吸附的强弱是由气体与固体表面的作用决定的,而以后各层只与气体分子之间的作用力有关。BET吸附等温式如式(7-4):
式中,V是压力p时固体表面的气体吸附量;Vm是固体表面达到单分子层吸附饱和时的气体吸附量,Vm和C都是常数;ps是该温度下气体的饱和蒸气压。
上述两个公式并不能模拟全部气体吸附系统在压力范围内的情况,人们还提出了Freun-dlich经验公式等由吸附曲线归纳出的理论模型,并根据具体情况将几种理论模型结合起来,如Langmuir-Freundlich等温式。根据不同的理论模型进行计算,固体的比表面积有不同的表示方法,由基本假设可知,对于同一个固体材料Langmuir比表面积比BET比表面积的数值更大。BET公式用到了多层吸附的概念,只能适用于多层物理吸附的情况,化学吸附由于涉及气体分子和材料表面形成的化学键,没有多层吸附的概念。而Langmuir和Freundlich等既可以适用于物理吸附也可以适用于化学吸附。
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