吸附理论的研究进展与其在吸附分离中的应用.pdf

第28 卷第4 期 广 州 化 学 Vol. 28，No. 4 2003 年12 月 Guangzhou Chemistry Dec. ，2003 文章编号：1009-220X(2003)04-0059-05 吸附理论的研究进展及其在吸附分离中的应用1 1 2 韦 英 ， 辜 敏 （1. 南京上海梅山中学，江苏 南京 210039 ； 2. 汕头大学 化学系，广东 汕头 515063） 摘 要：综述了吸附理论的进展及其在吸附分离中的应用，并介绍了对气体分离 过程至关重要的混合气的吸附模型或关联式。 关键词：吸附理论；分离 中图分类号：O647.31 文献标识码：A 人类对吸附剂的应用已有悠长的历史，但对吸附理论的研究却是在 19 世纪末才开始取 得进展。首先是理想的吸附溶液理论（IAST ），接着发展了基本纯气体等温线来预测混合气 [1~5] 体平衡吸附的几个重要理论 ，并在具有非线性等温线的混合气体吸附动力学的平衡理论 [6~9] 方面也取得了重要进展 。绝大多数气体的分离过程是基于混合气中各组分在给定吸附剂 上所具有的不同的吸附能力。混合气的吸附模型或关联式，对于气体分离过程的设计而言是 至关重要的，因此必须采用合适的热力学理论对吸附数据进行描述。 与其它相平衡问题一样，热力学的一般理论完全适用于吸附平衡。吸附平衡的特殊之处 在于：在吸附剂与吸附质之间存在着一个独立的相— — 吸附相，正因为如此，吸附平衡要比 其它平衡复杂得多，这种复杂性可以通过相律说明： 自由度 ＝ 独立组分数 + 相数 － 2 对于纯组分的吸附平衡，独立组分为：吸附质和吸附剂，相数为流动相，固定相和吸附 相。因此，组分吸附平衡的自由度数将为3，即平衡吸附量将随温度、压力及吸附剂的变化 而变化，而纯组分液汽平衡的自由度仅等于1 [10] 。 对于混合气，各组分都进入固体表面参与竞争吸附，但通常所得到的是易于测量的纯组 分数据，对多组分的吸附虽然测量未必困难，但相当麻烦，因为在吸附过程中，游离相的成 [11] 分发生变化，得出的被吸附组分数量间的关系与原始混合气中的不同 ，因此，文献上关 于混合气的吸附数据非常少。对多组分混合气吸附过程的动态模型发表的文献稀少与其吸附 数据获得困难有很大关系。目前，较理想的方法是在大的温度和压力范围内关联组分的吸附 数据，并利用它们来预测混合气的吸附。近年来，混合气的吸附常采用较复杂的等温方程， [5] 来反映各组分在吸附过程中的竞争和干扰现象 。 收稿日期：2002-11-25 作者简介：韦英(1965－），女，四川自贡人，中学一级教师，研究生班毕业。 60 广 州 化 学 第28 卷 [1~5] 到目前为止，所观察到的大部分等温线都可归结为图1 所示的五种类型 ，其中，类 型I 和类型II 是分离过程中最常遇到的，已提出了许多理论和模型来解释这些不同类型的等 温线，以致于根据有限次数的实验，就可使用最后得到的等温方程预测吸附量。Greeg 和 Sing[1]对用于解释各类等温线的不同模型进行了详细讨论。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ