物理吸附

简介 物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，此力也称作范德华力。吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有自由的力场来吸引吸附质，由于它是分子间的吸力所引起的吸附，所以结合力较弱，吸附热较小，吸附和解吸速度也都较快。被吸附物质也较容易解吸出来，所以物理吸附是可逆的。如：活性炭对许多气体的吸附，被吸附的气体很容易解脱出来而不发生性质上的变化。 同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。如活性炭的表面积很大，吸附作用强；活性炭易吸附沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。（沸点越高的气体，活性炭对它的吸附量越大。因为这些有机物分子尺寸与活性炭的孔隙尺寸相比比较大，而沸点低于0 ℃的气体，如甲醛、乙烯等，吸附到活性炭上较易逃逸。当然这只是影响吸附得原因之一，还有其他相互作用。） 吸附质分子与吸附剂表面原子或分子间以物理力进行的吸附作用。这种物理力是范德瓦耳斯力，它包括色散力、静电力和诱导力。对于极性不大的吸附质和吸附剂，色散力在物理吸附中起主要作用。当极性分子与带静电荷的吸附剂表面相互作用，或因吸附质与吸附剂表面分子作用，使二者的电子结构发生变化而产生偶极矩时，定向力和诱导力在物理吸附中也有重要作用。有时吸附质分子与吸附剂表面以形成氢键的形式发生物理吸附。 基本特点 物理吸附有以下特点：①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近；②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性；④物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附;⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。 理论基础 气体吸附理论主要有朗缪尔单分子层吸附理论、波拉尼吸附势能理论、 BET多层吸附理论（见多分子层吸附）、二维吸附膜理论和极化理论等，以前三种理论应用最广。这些吸附理论都从不同的物理模型出发，综合考查大量的实验结果,经过一定的数学处理,对某种（或几种）类型的吸附等温线的限定部分做出解释，并给出描述吸附等温线的方程式。 应用

物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用，最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意义，它不仅是多相催化反应的先决条件，而且利用物理吸附原理可以测定催化剂的表面积和孔结构，而这些宏观性质对于制备优良催化剂，比较催化活性，改进反应物和产物的扩散条件，选择催化剂的载体以及催化剂的再生等方面都有重要作用。

相关文献

 物理吸附仪在活性炭及催化剂检验中的应用-中国氯碱-2011年 第8期  物理吸附仪测定活性炭载体比表面积及孔结构的方法-中国氯碱-2011年 第11期

 CO在煤体表面的物理吸附特性模拟研究-煤炭工程-2011年 第12期

活性炭物理吸附和化学吸附

根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。从机理上讲，物理吸附是由范德华力即分子间作用力所引起的吸附，活性炭吸附剂与气体或者液体吸附质普遍存在着分子间引力，这种的吸附的速度快。物理吸附不发生化学反应，是由分子引作用力产生，当吸附质的分压升高时，可以产生多分子层吸附，所以加压吸附将会增加吸附容量，而真空则有利于吸附气体的脱附。化学吸附是伴随着电荷移动相互作用或者生成化学键力的吸附。化学吸附的作用力大大超过物理吸附范德华力。在物理吸附中，吸附质和吸附媒体表面层不发生电子轨道的重叠；相反地，电子轨道的重叠对于化学吸附起着至关重要的作用。也就是说，在物理吸附中，基本上是通过吸附质与吸附媒介表面原子间的微弱相互作用而发生；而化学吸附则源自吸附质的分子轨道与吸附媒介表面的电子轨道的特异的相互作用。所以，物理吸附中往往发生多分子层吸附；化学吸附则是单分子层。而且，化学吸附伴随着分子结合状态的变化，吸附导致振动、电子状态发生显著地变化。通过傅里叶变换红外光谱可以观察到吸附质在吸附前后发生了明显的变化，而物理吸附则没有这种变化。

对于吸附现象的评价，物理吸附不是由于吸附质与吸附媒介表面体系相应的特异性作用引起的，所以可以进行一般评价；而化学吸附则是源于特性作用，难

以进行一般评价，需要进行与各个吸附体系相应的评价。

根据吸附力的本质，吸附可分为物理吸附和化学吸附两类，但由于吸附质的类型凡 多，以及界面吸附位置不同，可将吸附分为以下几类。物理吸附物理吸附的本质是一种物理作用，在物理吸附中，吸附力主要是分子间的范德华力或静电引力，没有化学键的生成和破坏，也没有原子的重新排列。例如，具有球形对称的电子云或α键结构的分子(饱和烃、惰性气体)，在没有活性基因或没有未抵偿离子在表面上吸附时，其主要作用力为色散力；如果是偶极分子在离子晶体表面吸附时，则主要作用力为静电力。物理吸附的主要特征是：吸附作用力弱，吸附质与吸附剂连结不牢固，易于解吸；吸附速度快，且易达到平衡状态，吸附与脱附的可逆性强；吸附过程不需要活化能．在低温条件下也可进行吸附过程；由于吸附质之间具有一定的作用力，在第一吸附层之上还可发生多分子层吸附，且不一定要等第二层完全吸附满之后才吸附第二层；吸附质从吸附剂空白区域开始吸附至吸附满第一层，其间为动平衡关系，同样在第一层与第二层或第二层与第三层之间亦为动平衡关系，由于第一层吸附主要是依靠范德华山或静电引力，而第二层以上则主要依靠吸附质之间的引力，这两类作用力不同，发生吸附的热效应(放出的热量)亦不尽相同。例如，对于同气吸附而言，作为吸附质的气体，在第二层以上的吸附可视作气体的凝聚热，其值较小，这就是说，气体分子的吸附热较小，与该物质的凝聚热相近．物理吸附热的数值和液化热相似，约20 kJ/mol。当离子吸附发生在斯特恩层时，为特性吸附，此吸附要引起电动电位变号；发生在扩散层时，为扩散层吸附，此时表现为压缩双电层；发生在烈电层内时．为舣电层内层吸附。当分子吸附是以非极性基与非极性表面吸附，称疏水性吸附，属较强分子吸附，为分子间的色散力吸附；当分子眦极性基与极性表面吸附时，为偶极分子吸附，属较强分子吸附；当分子以氢键吸附时，则为强分子吸附，具有向化学吸附过渡的性质，如中性聚丙烯酰胺对颗粒的吸附。离子表面活性剂在矿粒表面的吸附通常有静电吸附、特性吸附、化学吸附、疏水吸附四种类型。前三种吸附均发生在荷电的极性表面，后一种吸附则发生于疏水(非极悱)表面。当浓度很低时，烷基磺酸离子、烷基硫酸离子及胺离子在氧化矿物表面的吸附均属于界面分选技术静电吸附。如十六烷基三甲溴化铵在磷酸盐矿物及方解石表面的吸附，由于在力解石表面荷负电的活性点远少于磷酸盐矿物，所以紧密排列的吸附单分子层仅在磷酸盐表面出现，吸附及解吸实验表明，此种吸

附有很好的可逆性。随着浓度的增加，离子表面活性剂在带相反电荷表面的吸附会由静电离子交换吸附变以半胶束吸附和般电吸附，此时固体表面由疏水性转为亲水性。聚醚类非离子表面活性剂在非极性矿物表面上的吸附，是分子间的色散力起作用的典型实例。