吸附作用與多相催化(已修改)
2025-05-28 20:39 本頁面
【正文】 第三章：吸附作用與多相催化 主要內(nèi)容： ? 物理吸附與化學吸附；吸附和脫附速率方程；吸附平衡和 等溫方程； 催化反應動力學 。 ? 理解 物理吸附與化學吸附； 掌握 吸附和脫附速率方程； 掌握 吸附平衡和 等溫方程；掌握 催化反應動力學基礎知識 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 1 第一節(jié) 物理吸附與化學吸附 物理吸附與化學吸附 通常氣固多相催化反應都包括吸附步驟 ， 在反應過程中 ， 至少有一種反應物參與吸附過程 ， 因此多相催化反應的機理與吸附的機理密切相關 。 吸附現(xiàn)象： 固體表面原子所處的環(huán)境與體相不同 ， 常常是配位不飽和的 ，當氣體分子與固體表面接觸時 ， 將會與固體表面發(fā)生相互作用 ，氣體會在固體表面累積 ， 其濃度高于氣相 ， 這種現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象 (adsorption)。 吸附氣體的固體稱為吸附劑 ， 被吸附的氣體稱為吸附質(zhì) ， 吸附質(zhì)在表面吸附后的狀態(tài)稱為吸附態(tài) 。 通常吸附都發(fā)生在吸附劑的局部位置上 ， 這樣的位置稱為吸附中心或吸附位 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 2 第一節(jié) 物理吸附與化學吸附 物理吸附： 指氣體物質(zhì) （ 分子 、 離子 、 原子或聚集體 ） 與表面的物理作用（ 如色散力 、 誘導偶極吸引力 ） 而發(fā)生的吸附 ， 其吸附劑與吸附質(zhì)之間主要是分子間力 （ 也稱 “van der Waals”力 ） 。 化學吸附： 指在氣固界面上 ， 氣體分子或原子由化學鍵力 （ 如靜電 、 共價鍵力 ） 而發(fā)生的吸附 ， 因此化學吸附作用力強 ， 涉及到吸附質(zhì)分子和固體間化學鍵的形成 、 電子重排等 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 3 第一節(jié) 物理吸附與化學吸附 物理吸附與化學吸附的主要特征 化工資源有效利用國家重點實驗室 4 物理吸附 化學吸附 作用力 范德華力 化學鍵力 吸附熱 40 kJ/mol ≥ 40 kJ/mol 吸附速度 吸附速率快， 不 需 活化 吸附速率慢，一般 需 活化 吸附溫度 接近氣體的 液化點 通常 在 高 溫下，高 于 氣體的 液化點 吸附層數(shù) 多層吸附 單層吸附或定域化吸附 選擇性 無選擇性， 吸附劑 影響不大 有 選擇性，與 吸附 質(zhì)、吸附 劑 的本質(zhì) 有 關 可逆性 可逆吸附 可逆或不可逆吸附 第一節(jié) 物理吸附與化學吸附 一些氣體在金屬表面的吸附 S 表示能夠吸附， n 表示不能吸附， w 表示微量吸附 化工資源有效利用國家重點實驗室 5 類別 族 別 金 屬 O2 C2H2 C2H4 CO H2 CO2 N2 A Ⅳ A， Ⅴ A，Ⅵ A， Ⅶ A，Ⅷ A1 Ti， Zr， Hf， V， Nb，Ta， Cr， Mo， W，F(xiàn)e， Ru， Os S S S S S S S B1 Ⅷ A2， Ⅷ A3 Ni， Co S S S S S S n B2 Ⅷ A2， Ⅷ A3 Rh， Pd， Pt， Ir S S S S S n n B3 Ⅶ A， Ⅰ B Mn， Cu S S S S w n n C Ⅲ B， Ⅰ B Al， Au S S S S n n n D Ⅰ A Li， Na， K S S n n n n n E Ⅱ A， Ⅰ B，Ⅱ B， Ⅲ B，Ⅳ B， Ⅴ B Mg， Ag， Zn， Cd，In， Si， Ge， Sn， Pd，As， Sb， Bi S n n n n n n 第二節(jié) 吸附和脫附速率方程 吸附和脫附速率方程 由于多相催化反應包括有吸附 、 脫附步驟 ， 因此吸附 、 脫附的速率對整個催化反應都將產(chǎn)生影響 ， 特別是它們?yōu)槁磻襟E時 ， 將決定總反應的速率 。 （ 1） 吸附和脫附速率基本方程 吸附速率基本方程： 吸附是通過氣體分子碰撞催化劑表面發(fā)生的 ， 根據(jù)碰撞理論 ， 吸附速率基本方程可表示為 ： 式中： p為氣體的壓力 ， m為氣體分子的質(zhì)量 ， k為波爾茲曼常數(shù) ， T為絕對溫度 ， Ea 為活化能 ， θ為覆蓋度 ， σ為凝聚常數(shù) ， 其物理意義為具有 Ea以上能量 、 且碰撞在吸附中心上能被吸附的分子分數(shù) 。 )()2/( / ??? femkTpr RTEa a ?? ?第二節(jié) 吸附和脫附速率方程 脫附速率基本方程： 脫附速率一般與具有脫附活化能在 Ed 以上的分子分數(shù) e Ed/RT 和覆蓋度 θ成正比 ， kd 39。 為比例系數(shù)時 ， 脫附速率基本方程可表示為： 上述速率基本方程加以限制，就可得到各種條件下的吸附和脫附速率方程。 化工資源有效利用國家重點實驗室 7 )(. 39。39。d?fekr RTEdd??（ 2）理想吸附模型的吸附和脫附速率方程 理想吸附模型的吸附就是人
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