物理吸附理论基础

气体吸附理论主要有朗缪尔单分子层吸附理论、波拉尼吸附势能理论、 BET多层吸附理论（见多分子层吸附）、二维吸附膜理论和极化理论等，以前三种理论应用最广。这些吸附理论都从不同的物理模型出发，综合考查大量的实验结果,经过一定的数学处理,对某种（或几种）类型的吸附等温线的限定部分做出解释，并给出描述吸附等温线的方程式。

物理吸附有以下特点：①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近；②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性；④物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附;⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。

同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。如活性炭的表面积很大，吸附作用强；活性炭易吸附沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。

吸附质分子与吸附剂表面原子或分子间以物理力进行的吸附作用。这种物理力是范德瓦耳斯力，它包括色散力、静电力和诱导力。对于极性不大的吸附质和吸附剂，色散力在物理吸附中起主要作用。当极性分子与带静电荷的吸附剂表面相互作用，或因吸附质与吸附剂表面分子作用，使二者的电子结构发生变化而产生偶极矩时，定向力和诱导力在物理吸附中也有重要作用。有时吸附质分子与吸附剂表面以形成氢键的形式发生物理吸附。

物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用，最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意义，它不仅是多相催化反应的先决条件，而且利用物理吸附原理可以测定催化剂的表面积和孔结构，而这些宏观性质对于制备优良催化剂，比较催化活性，改进反应物和产物的扩散条件，选择催化剂的载体以及催化剂的再生等方面都有重要作用。

物理吸附介绍

化学吸附是物质表面研究领域中一个非常重要的分支，它在催化(尤其是异相催化)、腐蚀、电解、晶体学、金属学及冶金学等诸多方面都有着重要的应用。人们对化学吸附的研究也是较早的，但是早期的研究由于实验条件的限制，只能停留在较为基础的研究水平上。又因理论得不到实验的证实，使得早期的化学吸附研究发展很慢。20世纪60年代以后，由于固体物理学的发展和成熟以及各种电测技术、超高真空技术及与之相关的表面及薄膜制各技术的迅速发展，各种能谱仅、质谱仪、衍射仪和显微技术不断出现并日臻完善，使得人们有条件从原子、分子水平去探究化学吸附现象。从而，使得化学吸附的研究得到迅速的发展，即在理论上，建立了一系列的模型；在实验上，获得了大量的实验数据

化学吸附的研究可分为宏观理论、微观理论、统计理论三个方面。本文着重从微观角度对化学吸附进行介绍，因为它可以使人们从更深的层次去认识化学吸附的反应机制，从而使在这方面的研究不但具有理论意义，同时也具有很重要的实际意义。

物理吸附特点

化学吸附的主要特点是：仅发生单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附；吸附层能在较高温度下保持稳定等。化学吸附又可分为需要活化能的活化吸附(activated adsorption)和不需活化能的非活化吸附(non-activated adsorption)，前者吸附速度较慢，后者则较快。

化学吸附是多相催化反应的重要步骤。研究化学吸附对了解多相催化反应机理，实现催化反应工业化有重要意义。吸附特点与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点：①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。②吸附热近似等于反应热。③吸附是单分子层的。因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。④有选择性。⑤对温度和压力具有不可逆性。另外，化学吸附还常常需要活化能。确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。

普通物体固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力，比表面积很大的活性炭等具有很强的吸附能力，可用作吸附剂。根据吸附的工作原理，吸附又分为物理吸附和化学吸附。吸附剂和被吸附物质之间通过分子间范德华力产生的吸附，称为物理吸附；而吸附剂与被吸附物质之间产生的化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附。

物理吸附和化学吸附并非是不相容的，而是随着外界条件的变化可以相伴发生，但在一个系统中，某一种吸附是主要的。而在污水处理中，多数情况下，往往是几种吸附的综合结果 。2100433B

测比表面积、孔径、孔容。 2100433B

比表面积0.005m/g至无上限。

吸附过程根据吸附作用力的性质分为物理吸附和化学吸附两类。

（1）物理吸附

引起物理吸附的作用力是吸附剂和吸附质之间的分子引力，分子引力又称为范德华力，因此物理吸附亦称为范德华吸附。这一类吸附的特征是吸附质与吸附剂不发生化学反应，无选择性，吸附剂本身性质在吸附过程中不变化，吸附过程是可逆的。物理吸附是一种放热过程，释放出的热量称为吸附热。物理吸附的吸附热相当于被吸附气体的升华热，或凝结热，一般为20kJ/mol左右。当系统温度升高或被吸附气体的压力下降时，被吸附气体将从固体表面逸出，这个过程是吸附的逆过程，称为解吸。物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附。多分子层吸附是指吸附剂表面吸附了第一层分子之后，由于表面的气体分子引力还可以吸附第二层吸附质分子，以此类推可继续发生多分子层吸附。低压时，一般为单分子层吸附，当吸附质的气压增大时，吸附层就会变成多分子层。

（2）化学吸附

又称为活性吸附，这类吸附是由于吸附剂表面与吸附质分子问的化学健力引起的，吸附的结果是吸附剂表面生成一种结合物。因此，化学吸附具有较强的选择性，只能吸附参与化学反应的气体组分，例如钨和镍可以化学吸附H₂，而H₂却不能被铝和铜化学吸附。化学吸附的吸附热比物理吸附热大，一般都高于42kJ/mol，相当于化学反应热。化学吸附是不可逆的，而且总是单分子层吸附。

应当指出，物理吸附和化学吸附之间没有严格的界限，往往相伴发生。同一种物质在低温下，可能是进行物理吸附，而在较高温度下，就可能产生化学吸附。在气态污染物的吸附净化过程中，常常是两种吸附综合作用的结果，只是在某种特定条件下，以某一种吸附过程为主而已。