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活性碳的恒温吸附模式

来源:nba中国官方网站 作者:佚名 日期:14-11-02 浏览:

  所谓活性碳恒温吸附曲线(adsorptionisotherm)是指定温下,某气体之吸附量与压力(或平衡浓度)达到平衡时(Ps为吸附物分压,而P0为在相同温度下之饱和压力),将吸附量对正常化压力s/P0之关係所绘製成之曲线图。不过等温线的型式也随吸附剂性质不同而有所差异,许多学者研究了不同的气体被活性碳吸附剂吸附后,呈现各种不同型态之曲线,Brunaur,Deming,Deming和Teller(简称BDDT)首先于1940年将其归类为五种形式,不过无论是哪一种型式,其蒸气吸附量是随着蒸气分压上升而增加,然后在某一点达到单层完全吸附之量,再渐渐成为多层覆盖,终至转变成为凝结相,之后Gregg更将其细分为六种形式(图六)。

  TypeⅠ:为Langmuir吸附,具有以微孔为主之物质所产生,例如沸石(Zeolite)活性碳等均属于此类。会产生此种现象乃是由于相对压力值远小于1时,已将所有孔隙填满,故渐近线代表之值是相对于微孔隙的体积,而不是单层吸附量。一般来說,化学吸附会产生此类型之等温吸附曲线。

  TypeⅡ:此类通常称为Sigmoid或S型恒温吸附曲线,这种型式的恒温线常发生在无孔性结构物质。在Ps/P0值趋近于1时会产生毛细及孔隙冷凝(Capillaryandporecondensation)之物理吸附现象。而图中曲线中之B点则表示单层之完全覆盖量为多层分子吸附,属于无孔隙或大于大孔之物质所产生。

  TypeⅢ:为单层分子吸附尚未完成前,即产生多层分子吸附,此现象是由于吸附质间的吸引力,大于对吸附剂之吸引力所致。属于非多孔性之物质所产生。

  TypeⅣ:当Ps/P0值(0.1至0.3)狠低时(为单层分子吸附),其图形即与第二种吸附型式相似。若当Ps/P0值升高时,孔洞中就会发生毛细管凝结(Capillarycondensation)情形,使吸附量迅速增高(为多层分子吸附)产生hysteresisloops现象,属于具有以活性碳中孔为主之物质所产生。

  一般工业上使用之吸附剂,常属于这种类型的活性碳,其孔洞凝结曲线可用来分析孔径分佈。

  TypeⅤ:与TypeⅢ相同,但是属于具有微孔或中孔为主之物质所产生。

  TypeⅥ:属阶段式等温吸附曲线,形成一层层完整的吸附层,通常为非常均相及无孔隙之物质所产生。

  活性炭吸附是一种极为复杂的界面化学现象,与吸附剂表面对吸附质之亲和力作用有关。活性碳吸附质恒温吸附曲线可以提供下列重要讯息:

  (1)了解吸附质之吸附特性。

  (2)获得平衡吸附量,可藉以评估活性炭吸附剂之使用量。

  (3)改变吸附质浓度获得相对应之吸附量,亦即当吸附质浓度改变时,其对吸附过程之影响。

  此外,活性碳恒温吸附模式常被用来描述气体吸附于固体表面之现象。Langmuir于1918年提出一理论描述气体分子吸附在固体表面之现象,Langmuirisotherm方程式是描述单层吸附(monolayeradsorption)最重要的模式,而该吸附理论目前已成功运用在许多实际的吸附程序中。此方程式适用于较低浓度之溶液,而在溶液浓度较高时则不适用。

  Freundlichisotherm方程式係由Freundlich于1907年所提出,他发现在不同浓度下,单位质量吸附剂之吸附量与溶剂浓度之比例并非为一常數,因此为符合实验數据便提出一经验式,此方程式不遵守Langmuir方程式,适用于高浓度吸附现象之描述,对低浓度则较不符合实际的吸附现象,此与Langmuirisotherm方程式之适用范围恰好相反。

  Brunauer,Emmett和Teller曾于1938年针对气体的多层吸附开发出一套新的吸附模式,且该模式已成功应用于许多实验數据之描述。BETisotherm方程式与Langmuirisotherm方程式类似,皆假设吸附剂表面有一般及局部吸附位置,而某一位置之吸附并不影响邻近位置的吸附效应,此外亦假设吸附热控制第一层之吸附,被吸附物之凝结热则控制其他各层之吸附。

  Toth吸附方程式则是Toth于1962年所提出,发现在均匀的吸附表面时,可由Langmuir方程式来表示,而在非均匀的吸附表面时,可由Freundlich方程式来表示。RedlichandPetersonisotherm方程式则是结合Freundlichisotherm受低浓度之限制和Langmuirisotherm受高浓度之限制,而提出较合理的经验方程式。兹将上述恒温吸附模式及相关系数整理