固液界面（吸附作用）ppt课件.ppt

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1、3.4固液界面—吸附作用固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等，都涉及固体自溶液中的吸附现象。溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在固体表面吸附的难易取决于它们和表面作用力的强弱。一般来说，和固体表面性质相近的组分易被吸附。例如，炭自乙醇和苯的混合液中吸附时苯易被吸附；若用硅胶，显然乙醇易被吸附。1.固液吸附的本质和特点1）本质是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用下，向固体表面富集，同时降低表面张力。2）特点a、分子间作用力比气相大；b

2、、相互作用力较复杂；c、杂质将影响吸附结果；d、吸附平衡比气相慢；e、以物理吸附居多；f、实验方法简单。2.自浓溶液中的吸附设溶液由1和2两种相互混溶的液体组成。其组成可从纯的1变为纯的2，即任何一种组分的组成变化范围均为0→1，浓度用x表示。1）复合吸附等温线吸附前n0=n10+n20吸附平衡n10=n1b+mn1sn20=n2b+mn2s以x1和x2表示溶液体相中1、2组分的摩尔分数自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附可得吸附等温线（U型、S型、直线型）为正吸附为负吸附无吸附自浓溶液中的吸附2）、单个吸附等温线复合等温线是溶液中各

3、组分吸附等温线的综合结果。由于一个方程中有n1s和n2s两个变量，因此，无法同时从复合等温线求得n1s和n2s。a、从混合蒸汽中吸附自浓溶液中的吸附b、从纯蒸气吸附仍设从液相中的吸附和从气相中的吸附相同，而且都是单分子层吸附，但吸附层成分与溶液中不同。当1g吸附剂自由1和2组成的混合溶液中吸附时，应有下述关系：若以表示1g吸附剂在组分1和2的纯饱和蒸汽中吸附的单层饱和吸附量。即自浓溶液中的吸附3.自稀溶液中的吸附在稀溶液中，可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温式以描述吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质和溶剂分子吸附在固体表面上占有同

4、样大的面积，吸附可看作是下面过程的平衡：被吸附的溶质＋液相中的溶剂=被吸附的溶剂＋液相中的溶质若以1表示溶剂，2表示溶质，l表示液相，s表示表面相，上面的平衡可写作自稀溶液中的吸附平衡常数为a1l、a2l是溶剂和溶质在液相中的活度，x1s、x2s是溶剂和溶质在表面相的摩尔分数。对于稀溶液a1l可近似视为常数，令代入得自稀溶液中的吸附因为x1s＋x2s＝1所以在稀溶液中a2l≈c2l，即用溶质的浓度代替活度。若表面的吸附位数为nsmol·g-1，则溶质的表面覆盖分数为θ＝n2s/ns，溶剂的表面覆盖分数为1－θ＝n1s/ns，n1s

5、和n2s分别为溶剂和溶质吸附量，且有ns＝n1s＋n2s。由于x2s＝n2s/ns＝θ，故可写作自稀溶液中的吸附式即为兰格缪尔（Langmuir）等温式。其直线式形式为对于不均匀表面，b不是常数，而是随覆盖分数而变，这时，可用弗伦德里胥公式（Freundlich）或其中K和n为常数，n>1。自稀溶液中的吸附图为脂肪酸的吸附等温线。其中(a)为活性炭自水溶液中的吸附，而（b）为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸（RCOOH）一端具有憎水基，另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的吸附剂活性炭选择吸附憎水基，故吸附量顺序为丁酸>丙酸>乙酸，而在

6、苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水基，吸附量顺序为乙酸>丙酸>丁酸。自稀溶液中的吸附右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线，在稀溶液中对苯而言表现为正吸附，而在浓溶液中则为负吸附。固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质和浓剂之间的相互作用，关系较为复杂。原则上说，降低固～液界面自由能愈多的组分易被吸附。具体地说，可总结出如下数条定性规律：1）极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。2）溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度愈小，说明其稳定性愈低，自由能愈大，故脱离本相进入表面相的倾向就愈大。

7、自稀溶液中的吸附例如，脂肪酸的碳链愈长，在水中的溶解度愈小，愈易被活性炭所吸附。相反地，在四氯化碳中，脂肪酸的溶解度随碳链的增长而增大，它们被活性炭吸附的规律和在水中恰好相反。（3）吸附剂的影响吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有很大影响。例如，炭自水中可吸附有机物，而硅胶自水中对低分子有机物几乎不吸附，这是因为两种吸附剂的性质有极大的不同。对同一类吸附剂，当其比表面、孔结构、后处理条件不同时，吸附能力也可有很大差别。自稀溶液中的吸附（4）、无机盐的影响当有强电解质存在时可使吸附量发生变化，一般规律是：无机盐的存在可使有机物水

8、溶液中溶质的吸附量增加。这是因为无机盐强烈的水合作用减少水的有效浓度，因此有机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用减少了有机物与水形成氢键的机会，从而降低其溶解度。若有机物含有分子内氢键，则其溶解度与无机盐存在与否关系不大，以此可判断有