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活性炭的物理化学吸附机理
活性炭的物理化学吸附机理
发布时间:2018-11-22 14:46:16      来源:4001百老汇会员登入     

活性炭,4001com登录入口.jpg活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附。在化学键力作用下产生的吸附为化学吸附。但是,只有在一定条件下才能发生化学吸附,如惰性气体不能产生化学吸附。如果表面原子的价键已经和邻近的原子形成饱和键也不能产生化学吸附。化学吸附时,化学键力起作用其作用力比范德瓦尔引力大得多,所以吸附位阱更深,作用距离更短。在产生化学吸附的过程中,气体原子和表面原子之间产生电子的转移。事实上,化学吸附过程通常并非发生在分子事先被离解的情况。常态气体分子接近表面可首先进入物理吸附的位阱(平衡位置)。这时如果给它提供适当能量(例如,400—600℃高温条件下,H2在W表面的化学吸附)越过位垒Ea,就能进入化学吸附的位阱。在清洁金属表现上Ea很小,位阱的深度接近于吸附热的数值。这一过程说明化学吸附和物理吸附可能同时进行的。物理吸附往往是化学吸附的预备阶段。

    活性炭,4001com登录入口.jpg物理吸附与分子在表面上的凝聚现象相似,它是没有选择性的。由于吸附相分子与气相分子间的范德瓦尔引力,因而可以形成多个吸附层。其吸附热一般小于5kcalmol-1而化学吸附与化学反应相似,吸附作用具有一定的选择性。只有在表面存在剩余价力的活性点处才产生化学吸附,即只限于吸附单分子层,化学吸附需要气体分子在被吸附之前具有足够大的能量,这一能量的低限Ea称为吸附活化能。因此化学吸附通常需要在较高的温度下才能进行。例如钡吸附氧,当氧分子由自由空间运动到金属表现时,在范德瓦尔引力作用下结合力较弱的O—O键,在表面金属亲和力作用下,容易离解为氧原子,由于氧原子2p层的外层电子没有充满,很容易从金属内部获得两个价电子形成稳定的外层电子结构表面吸附就从物理吸附转为稳定的化学吸附。

    活性炭,4001com登录入口.jpg物理吸附:

    活性炭的物理吸附主要发生在去除液相和气相中杂质的过程中。由于活性炭的多孔结构提供了很大的比表面积,从而使其非常容易达到吸取杂质的目的。众所周知,所有的分子之间都具有相互引力,而正是这个原因,活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力,从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。但是,这些被吸附的杂质其分子直径必须是要小于活性炭的孔径,这样才能保证杂质被吸取到活性炭孔径中。为此,我们不断地改变原材料和活化条件来创造具有不同的孔径结构的活性炭,从而适用于吸附各种杂质的应用中。

    活性炭,4001com登录入口.jpg化学吸附:

    活性炭的表面不仅发生物理吸附,化学反应也经常发生。活性炭不仅含碳,而且在其表面含有少量的化学结合、功能团形式的氧和氢,例如羧基、羟基、酚类、内脂类、醌类、醚类等。这些表面上含有地氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应,从而与被吸附物质结合聚集到活性炭的表面。目前认为,活性炭对重金属离子的吸附机理主要是重金属离子与活性炭表面的离子交换吸附,同时重金属离子与活性炭表面的含氧官能团之间发生化学反应而吸附、金属离子在活性炭表面沉积而发生的捕集物理吸附。然而有些学者认为活性炭对重金属的吸附行为,可以用表面络合吸附模式描述,活性炭颗粒表面各种含羟基的集团与溶液中离子的各种形式形成表面络合而将其吸附。还有些学者认为活性炭对重金属的吸附不仅仅是一个简单的离子交换过程,活性炭上各种活性位点对重金属的吸附也是一个重要的原因,同时金属阳离子和活性炭表面的阴离子间的静电引力也起了一定的作用。

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