吸附作用與多相催化(編輯修改稿)
2025-06-17 20:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 16 （ 1） 吸附等溫線 在恒定溫度下 ， 對應一定的吸附質壓力 ， 在催化劑表面上吸附量是一定的 ， 因此通過改變吸附質壓力可以求出一系列吸附壓力 吸附量對應點 ， 由這些點連成的線稱為吸附等溫線 。 對于物理吸附 ， 有 5種類型的等溫線 。 第三節(jié) 吸附平衡 I 型等溫線 : 又稱 Langmuir等溫線 ， 表示吸附劑毛細孔的孔徑比吸附質分子尺寸略大時的單層分子吸附 ， 或在微孔吸附劑中的多層吸附或毛細凝聚 。 如某些活性炭上氮在 195 ℃ 的吸附 。 II 型等溫線 : 又稱反 S型吸附等溫線 ， 在吸附的前半段發(fā)生了類型 I吸附 ， 而在吸附的后半段出現(xiàn)了多分子層吸附或毛細凝聚 ， 例如在 20℃下 ， 炭黑吸附水蒸氣和 195℃ 下硅膠吸附氮氣 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 17 第三節(jié) 吸附平衡 III 型等溫線 : 又稱反 Langmuir型等溫線 。 該類等溫線沿吸附量坐標方向向下凹 ，表示吸附氣體量不斷隨組分分壓的增加直至相對飽和值趨于 1為止 ，曲線下凹是由于吸附質與吸附劑分子間的相互作用比較弱 ， 較低的吸附質濃度下 ， 只有極少量的吸附平衡量 ， 同時又因單分子層內(nèi)吸附質分子的互相作用 ， 使第一層的吸附熱比冷凝熱小 ， 只有在較高的吸附質濃度下出現(xiàn)冷凝而使吸附量大增所引起的 ， 如在 20℃ 下 ， 溴吸附于硅膠 。 IV 型等溫線： 是 II型等溫線的變型 ， 能形成有限的多層吸附 ， 如水蒸氣在30℃ 下吸附于活性炭 ， 在吸附劑的表面和比吸附質分子直徑大得多的毛細孔壁上形成兩種表面分子層 。 V 型等溫線： 偶然見于分子互相吸引效應很大的情況 ， 如磷蒸汽吸附于 NaX分子篩 。 第三節(jié) 吸附平衡 （ 2） 等溫方程 等溫方程是定量描述等溫吸附過程中吸附量和吸附壓力函數(shù)關系的方程式 ， 不論物理吸附或化學吸附 ， 如果是可逆的 ， 即在吸附 、 脫附的循環(huán)中吸附質不發(fā)生變化 ， 在達到平衡時 ， 就可以根據(jù)情況分別應用以下給出的等溫方程式進行描述 。 ① 理想吸附模型的等溫方程： 滿足 Langmuir假設的吸附模型的條件 ， 當達到吸附平衡時 ， 吸附速率與脫附速率相等 ， 將 Langmuir速率方程代入 ， 即 從而推導出 Langmuir吸附等溫式為 式中 ?＝ ka/kb， 稱為 吸附系數(shù) ， 相當于吸附平衡常數(shù) 。 ?? da kpk ?? )1(pp????? 1? 第三節(jié) 吸附平衡 對于解離吸附： 對于混合吸附： 化工資源有效利用國家重點實驗室 20 ? 2/12/12/12/11 pp????????iiiiii pp???1第三節(jié) 吸附平衡 ② 真實吸附模型的等溫 方程： 因為 真實吸附與 Langmuir吸附模型并不完全一致 ， 與 真實吸附模型的速率方程相對應 ， 下面介紹兩種等溫方程： （ 1） Temkin等溫方程 從 Elovich速率 方程 ， 吸附平衡時： 兩邊取對數(shù)得 ： 或 化工資源有效利用國家重點實驗室 21 ? RTdRTa ekpek // ???? ??pkkRTdaln??? ?? pC oln1?? ?第三節(jié) 吸附平衡 （ 2） Freundlich等溫方程 從 Freundlich速率 方程 ， 吸附平衡時： 整理后得： （ n＞ 1） 化工資源有效利用國家重點實驗室 22 ? RTdRTa kpk// ?? ?? ??nRTda kppkk /1)/()( ?? ? ???第四節(jié) 催化反應動力學 催化反應動力學 （ 1）氣固多相催化反應包括以下步驟 : ① 反應物分子自氣流的主體穿過催化劑顆粒外表面上的氣膜 ， 擴散到催化劑顆粒外表面 （ 外擴散 ） ； ② 反應物分子自外表面向孔內(nèi)表面擴散 （ 內(nèi)擴散 ） ； ③ 反應物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附形成表面物種 （ 吸附 ） ； ④ 表面物種反應形成吸附態(tài)產(chǎn)物 （ 表面反應 ） ； ⑤ 吸附態(tài)產(chǎn)物脫附 ， 然后沿上述相反的過程 ， 直到進入氣流的主體 。 其中吸附 、 脫附和表面反應為表面化學過程 ， 而外擴散與孔內(nèi)的擴散是傳質過程 。 如果擴散對過程的總反應速率不產(chǎn)生影響 ， 即反應速率由吸附 、脫附和表面反應決定 ， 這時的動力學方程帶有吸附或脫附動力學的特征 ，為本征催化動力學方程 ， 或稱為理想動
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