
【化】 internal diffusion
inner; inside; within
【医】 end-; endo-; ento-; in-; intra-
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【计】 scattering
【化】 scatter
【医】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
内扩散(Internal Diffusion)是指物质在固体或液体内部由于浓度梯度驱动的分子迁移过程。在化学工程和材料科学领域,该术语常用于描述溶质在吸附剂、催化剂或多孔介质内部的传质现象。
物理机制
内扩散遵循菲克定律(Fick's Law),其数学表达式为:
$$ J = -D frac{partial C}{partial x}
$$
其中,$J$表示扩散通量,$D$为扩散系数,$frac{partial C}{partial x}$为浓度梯度。该公式表明扩散速率与浓度梯度和介质特性直接相关。
工业应用
在化工反应器中,内扩散是催化剂效率的关键限制因素。例如,石油裂解过程中,碳氢化合物分子需扩散至催化剂内部活性位点才能发生反应。若内扩散速率低于表面反应速率,整体反应将受扩散控制。
影响因素
脉冲场梯度核磁共振(PFG-NMR)和重量法吸附实验是测定内扩散系数的常用手段。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)发布的《多孔材料表征技术指南》提供了标准化测量流程。
该现象的研究可参考Springer出版的《扩散传质原理》及AIChE期刊《工业与工程化学研究》的专题论述。
内扩散是指在多孔介质或颗粒内部,物质从高浓度区域向低浓度区域的迁移过程。这一概念在不同领域有具体应用,以下结合化工催化领域进行详细解释:
基本定义
在气固相催化反应中,内扩散指反应物从催化剂颗粒外表面通过孔隙向内部活性位点迁移的过程。例如,当反应物分子接触催化剂表面后,需通过微孔结构到达内部活性中心才能发生反应。
过程特点
•扩散-反应耦合:内扩散与催化剂内表面的本征动力学反应同时进行,两者共同影响反应速率。
•方向性:既包括反应物向内扩散(步骤②),也包含产物向外扩散(步骤④),形成物质传递的双向路径。
•阻力来源:受孔隙结构、孔径分布及分子碰撞频率影响,狭窄的孔道会显著增加扩散阻力。
影响因素
•孔径大小:微孔催化剂会增加扩散路径,导致效率降低;
•温度梯度:高温可能加剧分子运动,但也会改变反应平衡;
•浓度梯度:颗粒内外浓度差是扩散的主要驱动力(菲克定律)。
实际应用
在工业催化剂设计中,常通过ZLC法测量晶内扩散系数,优化孔结构以提高反应效率。例如,通过调控介孔比例可平衡扩散速度与活性位点暴露量的关系。
扩展说明
该词在干燥领域另有定义,指水分从物料内部向表面迁移的过程(如陶瓷坯体干燥),其驱动力为湿度梯度,但化工催化场景更为常见。
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