[科普中國(guó)]-物理吸附

簡(jiǎn)介

同一物質(zhì)，可能在低溫下進(jìn)行物理吸附而在高溫下為化學(xué)吸附，或者兩者同時(shí)進(jìn)行。吸附作用的大小跟吸附劑的性質(zhì)和表面的大小、吸附質(zhì)的性質(zhì)和濃度的大小、溫度的高低等密切相關(guān)。如活性炭的表面積很大，吸附作用強(qiáng)；活性炭易吸附沸點(diǎn)高的氣體，難吸附沸點(diǎn)低的氣體。

吸附質(zhì)分子與吸附劑表面原子或分子間以物理力進(jìn)行的吸附作用。這種物理力是范德瓦耳斯力，它包括色散力、靜電力和誘導(dǎo)力。對(duì)于極性不大的吸附質(zhì)和吸附劑，色散力在物理吸附中起主要作用。當(dāng)極性分子與帶靜電荷的吸附劑表面相互作用，或因吸附質(zhì)與吸附劑表面分子作用，使二者的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生偶極矩時(shí)，定向力和誘導(dǎo)力在物理吸附中也有重要作用。有時(shí)吸附質(zhì)分子與吸附劑表面以形成氫鍵的形式發(fā)生物理吸附。

基本特點(diǎn)物理吸附有以下特點(diǎn)：①氣體的物理吸附類(lèi)似于氣體的液化和蒸氣的凝結(jié)，故物理吸附熱較小，與相應(yīng)氣體的液化熱相近；②氣體或蒸氣的沸點(diǎn)越高或飽和蒸氣壓越低,它們?cè)饺菀滓夯蚰Y(jié),物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脫附速率都較快；任何氣體在任何固體上只要溫度適宜都可以發(fā)生物理吸附，沒(méi)有選擇性；④物理吸附可以是單分子層吸附，也可以是多分子層吸附;⑤被吸附分子的結(jié)構(gòu)變化不大,不形成新的化學(xué)鍵，故紅外、紫外光譜圖上無(wú)新的吸收峰出現(xiàn)，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固體自溶液中的吸附多數(shù)是物理吸附。

理論基礎(chǔ)氣體吸附理論主要有朗繆爾單分子層吸附理論、波拉尼吸附勢(shì)能理論、 BET多層吸附理論（見(jiàn)多分子層吸附）、二維吸附膜理論和極化理論等，以前三種理論應(yīng)用最廣。這些吸附理論都從不同的物理模型出發(fā)，綜合考查大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理,對(duì)某種（或幾種）類(lèi)型的吸附等溫線的限定部分做出解釋?zhuān)⒔o出描述吸附等溫線的方程式。

應(yīng)用物理吸附在化學(xué)工業(yè)、石油加工工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等部門(mén)和領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，最常用的是從氣體和液體介質(zhì)中回收有用物質(zhì)或去除雜質(zhì)，如氣體的分離、氣體或液體的干燥、油的脫色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意義，它不僅是多相催化反應(yīng)的先決條件，而且利用物理吸附原理可以測(cè)定催化劑的表面積和孔結(jié)構(gòu)，而這些宏觀性質(zhì)對(duì)于制備優(yōu)良催化劑，比較催化活性，改進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散條件，選擇催化劑的載體以及催化劑的再生等方面都有重要作用。

區(qū)別普通物體固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)的能力，比表面積很大的活性炭等具有很強(qiáng)的吸附能力，可用作吸附劑。根據(jù)吸附的工作原理，吸附又分為物理吸附和化學(xué)吸附。吸附劑和被吸附物質(zhì)之間通過(guò)分子間范德華力產(chǎn)生的吸附，稱(chēng)為物理吸附；而吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生的化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附，稱(chēng)為化學(xué)吸附。離子交換實(shí)際上也是一種吸附。

物理吸附和化學(xué)吸附并非是不相容的，而是隨著外界條件的變化可以相伴發(fā)生，但在一個(gè)系統(tǒng)中，某一種吸附是主要的。而在污水處理中，多數(shù)情況下，往往是幾種吸附的綜合結(jié)果1。