
【化】 gas-solid adsorption
gas
【医】 aer-; aero-; air; atmo-; physo-; pneuma; pneuma-; pneumato-; pneumo-
adsorb; adsorption; sorb
【化】 adsorb; adsorption
【医】 adsorption
气-固吸附(Gas-Solid Adsorption)是物理化学中的基础界面现象,指气体分子在固体表面富集的过程。其核心机制为气体物质(吸附质)通过范德华力或化学键作用,定向附着于多孔固体材料(吸附剂)表面。该过程遵循吉布斯吸附等温方程:
$$ Gamma = -frac{1}{RT} left( frac{partial gamma}{partial ln a} right)_T $$
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)分类体系,该现象可分为物理吸附(physisorption)和化学吸附(chemisorption)两类。物理吸附作用距离约0.3-0.5nm,结合能小于40kJ/mol;化学吸附则形成单分子层,结合能可达800kJ/mol。
工业应用主要依托清华大学化学工程系研究数据,典型场景包括:催化反应床设计(炼油工业)、挥发性有机物捕集(环保工程)、医用氧气浓缩(医疗设备)等。中国化学会《物理化学学报》最新研究指出,金属有机骨架材料(MOFs)在CO₂捕获方面达到98.7%吸附效率。
关键影响因素包含:①BET比表面积(参照ISO 9277标准);②孔径分布(依据Barrett-Joyner-Halenda模型计算);③表面官能团类型(通过XPS谱图分析)。美国化学会《工业与工程化学研究》期刊证实,活性炭改性后苯吸附容量提升3.2倍。
气-固吸附是指气体分子在固体表面聚集的现象。以下是详细解释:
定义
气体分子通过物理或化学作用力附着在固体表面的过程称为气-固吸附,其中固体称为吸附剂(如活性炭、硅胶),被吸附的气体称为吸附质(如氯气、氢气)。
吸附机理
固体表面原子因受力不对称,可通过吸附气体分子降低表面自由能,吸附能力与表面结构和活性位点相关。
特征 | 物理吸附 | 化学吸附 |
---|---|---|
作用力 | 范德华力(分子间作用力) | 化学键力(类似键合) |
吸附热 | 较低(接近液化热,约几kJ/mol) | 较高(接近反应热,约40kJ/mol以上) |
选择性 | 无选择性 | 需特定活性位点(如酸位吸附碱性分子) |
分子层数 | 可多分子层 | 仅单分子层 |
温度影响 | 吸附速率不受温度影响 | 需活化能,温度升高加快吸附 |
Langmuir单分子层吸附理论(1916年提出):
如需更全面的机制分析,可参考物理化学教材或专业文献。
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