早在兩千多年前的漢代,我國人民就知道利用物質(zhì)的吸附性,湖南長(zhǎng)沙馬王堆一號(hào)墓就是利用木炭的吸附性,將木炭作為防腐劑和吸濕劑。近幾十年來,新開發(fā)的吸附劑越來越多,吸附劑的應(yīng)用范圍也越來越廣。并且,研究發(fā)現(xiàn),吸附劑的比表面積越大,吸附現(xiàn)象就越明顯。因此,新開發(fā)的吸附劑多為粉體吸附劑。那么粉體表面為何會(huì)有吸附性呢?
一、粉體表面的吸附性
粉體的吸附是指當(dāng)氣相或液相中的分子(或原子)碰撞在粉體表面時(shí),由于它們之間的相互作用,使一些分子(原子、離子)停留在粉體表面,造成這些分子(原子、離子)在粉體表面上的濃度比在氣相或液相中濃度大的現(xiàn)象。通常稱粉體材料為吸附劑,被吸附物質(zhì)為吸附質(zhì)。研究表明:粉體的比表面積越大,吸附現(xiàn)象就越明顯。
二、物理吸附與化學(xué)吸附
粉體對(duì)液體或氣體的吸附按其作用力的性質(zhì)不同可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。
物理吸附:物理吸附也稱范德華吸附,它是由吸附質(zhì)和吸附劑分子間作用力所引起,此力也稱作范德華力。由于范德華力存在于任何兩分子間,所以物理吸附可以發(fā)生在任何固體表面上。
化學(xué)吸附:化學(xué)吸附是吸附質(zhì)分子與固體表面原子(或分子)發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移、交換或共有,形成吸附化學(xué)鍵的吸附。由于固體表面存在不均勻力場(chǎng),表面上的原子往往還有剩余的成鍵能力,當(dāng)氣體分子碰撞到固體表面上時(shí)便與表面原子間發(fā)生電子的交換、轉(zhuǎn)移或共有,形成吸附化學(xué)鍵的吸附作用。
從吸附原理上可以看出,物理吸附和化學(xué)吸附的本質(zhì)的區(qū)別是吸附劑與吸附質(zhì)之間有無電子轉(zhuǎn)移。
實(shí)際上,把吸附區(qū)分為物理吸附和化學(xué)吸附是相對(duì)的。由于吸附的特殊性存在,在某些情況下很難找到一個(gè)明顯的分界線,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。因此,對(duì)于一個(gè)吸附體系,需要考慮兩種吸附在整個(gè)過程中的作用。如,在不同溫度下,Pt對(duì)CO的吸附。
1為物理吸附,放熱、溫度升高,吸附速度快,很快趨于平衡;
2為由物理吸附主導(dǎo)轉(zhuǎn)向化學(xué)吸附主導(dǎo),化學(xué)吸附慢,升溫加快吸附;
3為化學(xué)吸附,放熱,吸附快速趨向平衡。
三、常用吸附材料
工業(yè)上使用的吸附材料往往具有吸附能力強(qiáng)、吸附選擇性好、吸附平衡濃度低、容易再生和再利用、機(jī)械強(qiáng)度好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來源廣、價(jià)格低等特點(diǎn),因此常用的吸附材料有磺化煤、木炭、活性氧化鋁、硅膠和一些具有離子交換功能和吸附性能的天然無機(jī)礦物,如沸石、活性白土、硅藻土等。