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貝士德儀器科技（北京）有限公司
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閱讀：291發布時間：2022-9-8
物質在固體表面上或孔隙容積內積聚的現象被稱為吸附，圖1-5所示為吸附劑的吸脫附基本行為[19]。吸附又被分為物理吸附和化學吸附兩種。物理吸附可以比作凝聚現象，在該吸附過程中被吸附分子的化學性質保持不變，物理吸附又被稱為van der Waals吸附；而化學吸附過程則可以看成為相界面上發生的化學反應，相互作用的成分間發生電子重新分配，并形成化學鍵。在化學吸附中吸附質與吸附劑之間形成的結合方式實際上是化學鍵。化學吸附一般發生在像邊緣不飽和碳原子等活性位(Active Sites)上，于是存在固定的吸附位，而且被吸附分子不能沿表面移動。這是物理吸附和化學吸附的根本區別，實際上該本質區別的根源在于引起吸附發生的相互作用力的不同[20，21]。化學吸附過程，就像在化學結合中出現的情形一樣，吸附質是通過價電子的交換或共有發生化學鍵合而結合在吸附劑的表面。物理吸附則是由吸附劑與吸附質的分子間相互作用力所引起，物理吸附中的力與分子間的內聚力一樣，也即與固相、氣相和液相中作用的van der Waals力一樣，這種力是靜電性的。現已知道有三種效應能產生van der Waals吸附力，它們是Keesom定向效應、Debye誘導效應(極化效應)和London色散效應。定向效應是極性分子之間，偶極定向排列所產生的作用力，該效應與溫度成反比；誘導效應是當極性分子與非極性分子靠近時，極性分子的偶極使非極性分子發生變形，從而導致的相互間的作用；色散效應是由于分子中的電子與原子核皆處在不斷的運動中，因此經常會發生電子云和原子核之間的瞬時相對位移，結果產生瞬時偶極。兩個瞬時偶極必然是處于異極相鄰的狀態，相互吸引。因為該力與引起光色散現象的力相類似，色散效應由此而得名。任何物質都含有不定偶極和四極，它們會引起均勻分布的電子密度發生瞬時偏移，當吸附質分子接近吸附劑原子或分子時，不定偶極(四極)的電子組成變得有序，這是二者相互吸引的結果。大多數情況下，由于炭具有非極性的特征，所以吸附體系分子間的相互作用以色散力為主，色散力與吸附質分子的電子密度分布性質無關，且對于不同化學性質的吸附劑來講色散力的佳接近恒定，因此由色散力引起的相互作用不具有特殊性。在某些情況下，吸附6活性炭纖維的微結構解析及其改性研究質分子與吸附劑分子之間也會形成氫鍵，使分子間的相互作用增強 Fig．1-5 B asic notions of adsorption 圖 吸附的基本過程 按照熱力學觀點，吸附表現為吉布斯自由能的減小(△G < 0)，與伴有吉布斯自由能減小的所有過程一樣，吸附因分子間的相互作用而自發進行。物質由氣相或液相向吸附態的遷移，至少有一種自由度的損失(三維體積相→二維表面相)，從而導致熵的減小(△S < 0)。按照方程：△H = △G + TΔS這時自由焓也減小(H < 0)，故吸附過程為放熱過程[20]。脫附為吸附的逆過程，為一吸熱過程，因而吸附劑的再生常采用加熱脫附。吸附容量依賴于氣相或液相吸附質的起始濃度，隨著吸附質濃度的增加，平衡吸附容量也增加，這意味著在不同濃度下對應不同尺度的納米空間的充填：在較低的濃度下，由于微孔中特別是極微孔[1，11】中相對孔壁吸附力場的疊加造成吸附勢的增強，故而在較低吸附濃度或吸附分壓條件下，炭質吸附劑中的微孔優*行吸附填充；在中等分壓下由毛細凝聚而引起中孔發生充填；在相對壓力P／Ps接近于1時亦會由于蒸氣的毛細凝聚而產生大孔的容積充填。
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