吸附理论的提出与发展综述VIP免费

吸附技术原理与应用结课报告吸附理论的提出与发展吸附理论的提出和发展摘要吸附作用是一种界面现象，吸附技术的应用领域已渗透到各行各业中去。本文从吸附理论的发展历程出发，论述了研究吸附理论而得到的一些重要结论，重要的吸附模型的提出，适用条件及其适用范例，并描述了吸附理论的应用前景。关键词吸附作用发展历程重要结论吸附模型引言吸附作用是体相中某种或几种成分在界面上富集或贫化的一种最为基础的界面现象。吸附作用在工农业生产和日常生活中有许多直接应用。在石油化工、化学工业、气体工业和环境保护中，吸附是从气体和液体介质中除去杂质、污染物，使组分分离的一种方法。研究吸附作用有助于了解在界面上进行的各种物理化学过程的机理。这些过程包括物质的精制、脱色与染色、防湿与除臭、缓蚀与阻垢、润滑与摩擦、絮凝与聚集、除垢与洗涤等。作为最重要的工业助剂的表面活性剂应用原理的主要组成部分就是此类两亲性物质在各种界面上得吸附；应用吸附原理发展而成的各种色谱技术是重要的现代分析手段；多相催化中反应物的吸附与产物的脱附是催化反应的基本步骤；基于胶体化学原理发展起来的纳米粒子大小、形状的控制和自组装与表面活性剂特性吸附有关；固体支持体上生物膜半膜和固定化酶的模拟等吸附作用的广泛应用赋予其更加旺盛的生命力。吸附作用是胶体与界面科学最为基础的组成部分，也是最活跃的研究领域之一。1吸附理论的发展历程我国胶体与表面化学的主要奠基人傅鹰在他的胶体科学绪论中说[1]:“一种科学的历史是那门科学的最宝贵的一部分。科学只给我们知识，而历史却给我们智慧。”因而，了解吸附研究的发展概况既可以使我们对前辈的优秀的研究成果得以继承，又可以在开拓新的研究领域中少走弯路。吸附作用在生活与生产活动中应用的历史起源已不可考。例如，在远古时期人们可能已经知道草木灰、木炭可除去空气中的异味和湿气，这种应用延续至今。公元前5世纪古医学创始人Hippocrates就知道用炭可除去腐败伤口的污秽气味。这些都是气体在固体表面吸附的早期应用。我国考古工作者发现，在马王堆汉墓出土的帛画上有36种颜色，这实际上织物对燃料吸附的应用。18世纪60年代开始的工业革命代表了当时生产力的急速发展，吸附研究成果也正是这一时期才以科学论文的形式发表的。1777年A.F.Fontana在其论文上指出，在水银表面冷却的新燃烧的木炭能吸着几倍于其体积的气体。与此同期，瑞典化学家C.W.Scheele发现木炭在加热时放出的气体，在冷却时又会被木炭吸着。1785年俄国科学家T.Lowitz发现炭可脱出溶液中的有色物质。在其他一些人的工作中记载有木炭净水、除湿等。这些工作都是定性观察和描述[2,3,4]。1814年瑞士学者T.de.Saussure首先指出吸着气体的过程伴随有热量的释出，即这一过程是放热过程[5]。1881年Kayser提出了吸附这一术语，指出吸附是气体在空白表面上得凝聚，它与吸收完全不同[6]。吸着这一术语是McBain于1909年提出，它包括吸附、毛细凝结和吸收[7]。吸附方法应用于工业部门起始于18世纪末与19世纪初叶，吸附方法才开始用于气体分离和净化的工业操作。吸附作用在初级工业中应用促进了基础研究的发展。吸附热力学、吸附动力学及多种吸附模型的理论成果在19世纪末至20世纪初相继发表。美国物理学家和化学家J.W.Gibbs在1873~1878年期间对经典热力学规律进行了总结，提出了Gibbs吸附公式。这一成果对处理气液和液液界面的吸附研究更为方便[8]。在解决防毒气问题工作的基础上，N.A.Shilov提出了床层吸附动力学的方程式[9]。1911年德国胶体化学家R.A.Zsigmondy为了解释孔性固体吸附等温线滞后环现象，提出了毛细凝结理论[10]，该理论是微孔吸附剂吸附的理论依据。1914年匈牙利外科医生M.Polanyi提出了吸附势理论，但却并未能给出明确的吸附等温式[10]。1916年I.Langmuir提出了单层吸附理论，得出了简单的吸附等温式——Langmuir方程[11]。单分子层吸附理论是后续发展的BET多层吸附理论的基础。在此之前，经验的Freundlich吸附等温式问世。20世纪初多相催化开始迅速发展。BET的多分子层吸附理论[12]和BDDT对气体吸附等温线的分类[13]就是在这种历史背景下...