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多孔固体的吸附性子

  8.11多孔固体的吸附性质 ----蔡永丰 ? 毛细凝结现象 ? 吸附畅后现象 ? 吸附畅后圈的外形取孔布局 ? 微孔填充 一、毛细凝结现象 对于多孔性吸附剂,若吸附质正在孔壁上是润湿的(接触角为 θ),就会构成凹液面,因此当气相中的压力低于尝试温度下平 面液体的饱和蒸气压P0时,就会正在毛细孔中凝结。正在必然温度 下弯曲液面和平液面的蒸气压分歧,它们之间的关系可用开尔 文方程描述: 2VL ? cos? P ln P0 ?? rRT 式中P和P0为温度为T、曲率半径为r的弯液面上的蒸气压和平 面液体上的饱和蒸气压;γ为吸附质液体的概况张力;V为吸附 质的摩尔体积;R为气体。按照上式可知,凹液面液体上 的蒸气压比平面液体蒸气压低。 二、吸附畅后现象 孔性固体的吸附等温线正在某一压力范畴内吸附曲线大多取脱 附曲线分手,这种现象称为畅后。吸附曲线取脱附曲线分手部 分形成的轮回称为吸附畅后圈(环)。 对吸附畅后现象有三种注释: 1)Zsigmondy 2)Me Bain 3)Cohan 二、吸附畅后现象-接触角分歧 Zsigmondy:假设吸脱附时接触角θ分歧。吸附 时,液态吸附质填充孔隙,因此接触角是前进角;脱附时则是 吸附质出去的过程其接触角是撤退退却角。而前进角是大于撤退退却角 的,故θ吸θ脱,所以cos θ吸cos θ脱,所以按照Kelvin公式知 P脱P吸,构成吸附畅后圈。 2VL ? cos? P ln ? ? P0 rRT 二、吸附畅后现象-墨水瓶效应 Me Bain:假设孔为口小腔大的墨水瓶形,吸附自半径 大的瓶底起头,压力增大,瓶底逐步充满,曲到瓶口。脱附则 自口径小的瓶口起头,瓶口半径小于瓶底半径,所以只能正在低 压时才能起头脱附,所以P脱P吸,构成吸附畅后圈。 二、吸附畅后现象-吸附脱附接触角 Cohan:假设孔是两头启齿的圆柱体,吸附起头的毛 细凝结是正在圆柱形的孔壁长进行,r 为无限大,吸附时的开尔 文方程为 P P V? 2V ? ln 吸 P0 ?? L rRT ln 脱 P0 ?? L rRT 而孔已被液态吸附质充满后,才起头脱附,因此脱附是从孔口 的球形弯月液面起头,所以响应的脱附均衡压力应从命一般开 尔文方程 2 比力以上二式,立得 P脱 ? P吸 ?? P0 ? ? P0 ? ? ? ? 三、吸附畅后圈的外形取孔布局 A类畅后圈的特点是吸脱附线正在中等相对压力区域,且 变化都很陡。两头启齿的毛细孔是此类畅后圈反映的孔的典型 代表。其它如两头启齿不纪律筒形、棱柱形的孔也能够呈现此 类畅后圈。这类孔的半径平均,当均衡压力上升到取孔半径相 应要求的压力值时发生毛细凝结,并使所有的孔敏捷充满,吸 附量急剧添加,脱附时也因为半径平均很快使孔中吸附质排出。 三、吸附畅后圈的外形取孔布局 B类畅后圈的特点是正在压力近于P0时吸附线急剧上升,而脱 附线正在中等相对压力时敏捷下降。取其响应的典型孔布局是平 行板狭缝。这些孔隙难以构成弯月液面,故只要正在相对压力接 近1时才发生毛细凝结,脱附时压力只要取狭缝宽度响应的弯 月液面无效半径所要求的数值相合适,液态吸附质才能够从狭 缝中逸出。 三、吸附畅后圈的外形取孔布局 C类畅后圈的吸附线正在中等相对压力时很陡,而脱附线平缓 变化。它反映的典型孔布局是锥形或双锥形孔,这是由于吸附 时雷同于A类孔,而减压时则从大口处持续脱附,故曲线变化 迟缓。 三、吸附畅后圈的外形取孔布局 D类畅后圈的吸附线取B类的类似,而脱附线一曲平缓下降。 其响应的孔布局是四面的倾斜板交织堆叠的裂缝。这类孔 吸附时取B类类似,因无弯月液面构成,只要当P接近于P0时才 发生毛细凝结,故此时吸附量陡增。脱附时因板壁不服行,吸 附量不会陡然下降,而是迟缓变化。 三、吸附畅后圈的外形取孔布局 E类畅后圈的吸附线变化迟缓而脱附线陡曲下降,其响应的 典型孔布局是口小腔大的孔。吸附时弯月液面曲率半径逐步变 化,故吸附线变化迟缓。而脱附时从曲率半径最小的孔口起头, 一旦此处脱附,腔体内的吸附必突然溢出。 四、微孔填充 大比概况积的活性炭、沸石及一些细孔硅胶、氧化铝的孔全 部或大部门是微孔其孔径大小取一般大小同数量级。物质正在 这类吸附剂上的吸附无畅后圈,其吸附机制取毛细凝结不完全相 同。 微孔吸附有以下几个特点 1)正在低压下即可起头微孔填充并很快使吸附达到最大吸附量; 2)当P/P0接近1时吸附量添加; 3)等温吸附线和脱附线是沉合的,无吸附畅后圈。

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