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粉狀活性炭吸附理論

1.粉狀活性炭表面的吸附作用按吸附作用力性質的不同可將粉狀活性炭表面的吸附分為物理吸附和化學吸附。發生物理吸附主要是因分子間作用力范德瓦爾斯力的作用，這種引力是由分子或原子中電子的瞬間不對稱偶極（激發偶極）產生的。在該吸附過程中被吸附分子和吸附劑表面組成都不會改變。而化學吸附時吸附分子和吸附劑表面間有某種化學作用，即它們之閬有電子的交換、轉移或共有，從而可導致原子的重排、化學鍵的形成或破壞。化學吸附一般發生在像邊緣不飽和碳原子等活性位上，于是存在固定的吸附位，而且被吸附分子不能沿表面移動，物理吸附通常進行得很快，并且是可逆的，被吸附的氣體在一定條件下，在不改變氣體和固體表面性質的狀況下定量脫附。

粉狀活性炭物理吸附是放熱過程，其吸附熱與氣體的液化熱接近。氣體的物理吸附與氣體液化過程相似，故只有在臨界溫度以下才能發生，且通常在較低的溫度（如吸阱質氣體的沸點附近）時可顯著進行。化學吸附常是不可逆的，所以解析困難，并常伴有化學變化的產物析出，化學吸酎的吸附熱與化學反應熱相近，大多仍為放熱過程。化學吸附速度與化學反應類似，霱要活化能的化學吸附常需在較高溫度下才能以較快的速度進行。

粉狀活性炭物理吸附與化學吸附的一般特點和主要區別總結在表1-1[22]中。但常有例外情況，如在粉狀活性炭吸附的化學吸附中只有較少一部是活化吸附，吸附分子與固體表面形成了表面化學鍵，另有相當一部分是非活化的，是從物理吸附向活化吸附的過渡態[23]。這時固體表面的吸跗力比范德瓦爾斯力要大一些，但比分子的離解力要弱得多。在微孔固體上物理吸附有時因擴散速度悝而使吸速度很慢.在實際的吸跗過程中，兩類吸附有時會交替進行。如先發生單層的化學吸阱，而后在化學吸附層上再進行物理吸附[24],因此，欲了解一個吸阱過程的性質，常要根據多種性質進行綜合判斷。

2.氣體吸附等溫線的基本類型當溫度一定時，表示吸附量與平衡壓力的關系為吸附等溫線。吸附理論大都建立在吸附等溫曲線上，吸附等溫線是有關吸附劑孔結構、吸附熱以及其他物理化學特性的信息源。通過吸附曲線可對吸阱劑的吸酎性能加以細致的研究。根據大量的氣體吸附實驗結果將眾多的吸附等溫線分為六種(IUPAC分類)[24]，如圖1-5所示。對于具有很小外表面積的微孔吸附劑其吸附表現為I型吸附線，I型吸附線與分壓P/P0=1線呈凹型且以形成一平臺為特征，平臺呈水平或接近水平狀，隨著飽和壓力的增大，吸附等溫線或者直接與P/P0=1線相交或表現為一條"拖尾"。

吸附等溫線的初始部分代表吸酎劑中狹窄微孔的充填過程，其極限吸附容量依賴于可接近的微孔容積而不是表面積，在較髙相對壓力下平臺的斜率是非微孔表面積（如中孔或大孔以及外表面）上的多層吸附所致。n型吸附等溫線正常是由無孔或大孔吸附劑所引起的不嚴格的單層到多層吸酎。拐點的存在表明單層吸附到多層吸附的轉變，亦即單層吸附的完成和多層吸附的幵始。II型吸附等溫線通常與較弱的吸附劑-吸附質相互作用以及較強的吸附質-吸附質相互作用有關。在此情形下，協同效應導致在均—的單—吸附層形成之前形成了多層吸附，故引起吸附容量隨著吸附的進行而
迅速提高，吸附質-吸附質之間的相互作用對吸附過程起很重要的影響。在非孔表面上水蒸氣吸附就是m型吸跗等溫線最好的例子。IV型吸附等溫線的明顯特征是存在滯后回線，這與毛細管凝聚的發生有很大關系，而且在較高和較寬的分壓范圍保持—恒定吸附容量，其起始部分類似于II型吸附等溫線，由此對應著中孔壁上的單層到多層吸阱。很少吸附劑中的一些中孔或微孔炭表現出v型吸附等溫線，同III型吸附等溫線一樣，這時吸附劑-吸附質之間的相互作用與吸附質-吸附質之間的相互作用相比較非常弱。VI型吸附等溫線的例子相當稀少，但具有特殊的理論意義，其代表在均勻非孔表^如石墨化炭上逐步形成的多層吸附，每一臺階髙度提供了不同吸阱層的吸阱容量。
(3)基于吸附等溫線的吸附理論
①Langnmir模型和BET模型最基本的吸附理論是Lang-muirCW模型，它是基于吸?質與吸附劑之間的相互作用并且完全忽略吸附質分子之間相互作用的一種模型。

式中n——lg吸附劑所吸?的吸附質物質的量，nm——單分子層吸阱容量；b——吸酎常數； P——吸附劑表面分壓。該式對于均一吸附劑表面并忽略吸附分子間相互作用的單分子層吸附是有效的，較好地表現第I類型的吸附等溫線在不同壓力范圍內的特征。在低壓時吸附量與平衡壓力為直線關系> 當平衡壓力很大時吸附量趨于飽和值[6，,17]。雖然有不少新的吸附模型被提出， 但最基本的Langmuir模型仍被人們關注，并取得—些進展，如Choudary等[25]為預測二元混合氣體在粉狀活性炭等吸附材料上的吸附
平衡，提出了改進的Langmuir模型。
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