吸附定义

吸附是一种物质在表面上堆积，特定分子种类浓度增加的现象。就氢气、硝酸盐和氧气而言，活性炭是这些气体吸附的地方。我们还必须记住，吸附和吸收是两个不同的过程。这两个过程使用的机制完全不同。

吸附过程需要两个组成部分

吸附质： 附着在另一种物质表面上的物质。例如，H2、N2 和 O2 气体。

吸附剂： 吸附质吸附在称为吸附剂的物质表面上。炭、硅胶和氧化铝是一些例子。

吸附的种类

根据吸附剂和吸附质之间的相互作用力，吸附分为以下两类

物理吸附： 物理吸附是这种吸附的另一种名称。吸附剂和吸附质之间弱的范德华力是物理吸附的原因。

例如，H2 和 N2 等气体吸附在椰子炭上。

化学吸附： 化学吸附是这种吸附的另一种名称。吸附剂和吸附质之间强大的化学键合作用引起它。我们可以用铁在 623 K 的 N2 气体中加热时在其表面形成氮化铁的例子。

气体在材料上的吸附是一种自发的放热反应。“吸附热”是指单位质量气体在表面上吸附时释放的能量。

吸附的特征

物理吸附的特征

1. 物理力是这种吸附的根本原因。
2. 物理吸附是一种弱现象。
3. 这种吸附方法涉及多层。
4. 物理吸附发生在吸附剂的整个表面，是非特异性的。
5. 物理吸附的影响因素包括表面积、温度、压力和吸附质的类型。
6. 活化能很低（20-40 kg/mol）。

化学吸附的特征

1. 化学力是导致这种吸附的原因。
2. 这是一种有效的过程。
3. 这种吸附几乎总是发生在单层。
4. 化学吸附发生在吸附剂的反应中心，并且具有高度选择性。
5. 化学吸附受表面积、温度和吸附质类型的影响。
6. 活化能范围为 40 至 400 kJ/mol。

吸附的用途

1) 防毒面具

它们由硅胶或粉末状活性炭制成，当灰尘或烟雾通过它们时，颗粒物会在其表面上被吸附。

2) 戴瓦罐法分离稀有气体

在加热的椰子炭中，将氖气、氩气和氪气混合物通过戴瓦罐。在氩气和氪气被吸附后，留下氖气。

3) 水净化

通过添加明矾石，杂质被吸附在明矾上并从水中去除。

4) 消除湿度和湿气

硅胶吸收水分子，去除空气中的湿气。

5) 吸附色谱

此方法用于分离激素和色素。

6) 离子交换技术

在这个软化水的过程中，钙离子和镁离子被吸附在离子交换树脂的表面上。

7) 在金属加工中

在浮选法浓缩矿石的过程中，颗粒被吸附在泡沫上。

吸附的各种实例

水的吸附

水在表面上的吸附在化学工程、材料科学甚至催化领域都起着重要作用。当固体表面上由于物理或化学吸附而存在水时，称为表面水合。在各种系统中，这在调节界面性质、化学反应路径和催化效率方面起着关键作用。

通常通过干燥过程可以消除表面水合，干燥过程在温度和压力条件下进行，促进水的完全汽化。对于化学吸附的水，水合可能以解吸附或分子吸附的形式出现。

病毒吸附

在病毒生命周期中，吸附首先发生，然后是穿透、脱壳、合成和释放。不同类型的病毒复制周期通常是相同的。

聚合物的吸附

聚合物表面表现出分子吸附。这些特性对于各种用例场景至关重要。例如，它对于制造不粘涂层和许多医疗设备至关重要。聚合物也可以通过聚电解质吸附过程吸附到表面上。

催化剂吸附

当分子在某些催化材料上发生吸附时，通常会加速特定的化学反应。

吸附等温线

等温线常用于表征吸附。这是因为温度对整个过程有很大影响或在两者中都起着重要作用。此外，使用许多等温线模型来描述吸附过程。

弗罗因德利希理论

当吸附质在吸附剂表面形成单分子层时，吸附遵循弗罗因德利希吸附等温线。弗罗因德利希吸附等温线的主要缺点是它在高压下会失效。它无法解释多层吸附过程。

朗缪尔理论

1916 年，朗缪尔提出固体表面可以分成基本位点，每个位点可以吸附一种气体。假设气体分子与任何一个位点结合的能力与相邻位点是否被占据无关，并且所有吸附位点都被认为是等效的。还假设已吸附的气体分子与未吸附的气体分子之间存在动态平衡。

可以从朗缪尔吸附等温线得出以下指导原则

1. 在气相中，吸附的气体表现出完美的行为。
2. 只有单层吸附。
3. 固体的表面是均匀的。
4. 吸附质的分子没有侧向相互作用。
5. 吸附的气体分子是局域化的。

BET 理论

1938 年，Brunauer、Emmett 和 Teller 提出了 BET 理论。根据这个想法，在物理吸附过程中形成多层吸附。该理论还讨论了固体表面吸附位点的均匀性。假设一个位点的吸附不会影响附近位置的吸附。

吸附与吸收的区别

1. 吸收是指分子种类被吸收到大多数固体或液体中。另一方面，吸附是指分子种类在表面上积累，而不是在固体或液体内部。
2. 吸附是表面现象，而吸收发生在体积内。
3. 与吸附（一种放热过程）相反，吸收是吸热反应。
4. 温度对吸收影响不大，而低温有利于吸附。
5. 随着吸附稳定增长直至达到平衡，吸收以恒定速率发生。
6. 虽然整个材料的吸收是均一的，但吸附剂表面上的浓度与体相中的浓度不同。