吸附，不要与吸收相混淆，是一种气体，液体或溶质（溶液中的物质）与固体或液体（称为吸附剂）表面结合，形成分子或原子膜的过程（称为该吸附）。它不同于吸收，吸收是物质扩散（或渗透）固体或液体吸收介质的过程。术语吸附包括两种过程，并且解吸与两种过程中的任一种相反。

已经发现在许多天然物理，生物和化学系统中发生吸附。它广泛用于实验室研究，工业应用和水净化系统。例如，活化的碳，最常见的吸附剂，用于有机物质和非极性被吸附物的吸附，以及用于废气和废水的处理。硅胶用于干燥气体和从天然气中吸附重（极性）烃。沸石可用于干燥处理空气，从天然气中除去二氧化碳，从重整气体中除去一氧化碳，空气分离，催化裂化，以及催化合成和重整。此外，细分铂和钯在某些气体的良好吸附剂和作为催化剂在化学反应。

一些一般原则

吸附是吸附剂表面与被吸附物质之间有吸引力的相互作用的结果。在大部分吸附剂中，材料的组成原子的所有键合要求（无论是离子的，共价的还是金属的）都是由材料中的其他原子实现的。然而，吸附剂表面上的原子并未完全被其他吸附原子包围，因此可以吸引被吸附物的分子。结合的确切性质取决于所涉及的物种的细节。

吸附过程通常分为物理吸附（物理吸附）或化学吸附（化学吸附）。弱范德华力的弱相互作用导致物理吸附; 强相互作用，共价键合的特征，导致化学吸附。在前一种情况下，吸附的分子保持不间断; 在后一种情况下，吸附的分子可能会或可能不会被破坏。

吸附程度受吸附剂和吸附物的某些性质以及温度和压力等条件的影响。通常，在低温和高压下吸附增强。此外，吸附剂的较大表面积和吸附剂表面与吸附物之间较大的吸引力使其受到青睐。

吸附，离子交换和色谱法是吸附过程，其中某些吸附物选择性地从流体相转移到悬浮在容器中或填充在柱中的不溶性刚性颗粒的表面。

吸附剂

特点和一般要求

吸附剂通常以球形颗粒，棒，模制品或整体结构的形式使用，流体动力学直径在0.5和10毫米（mm）之间。对于在高温下重复使用，它们需要具有高耐磨性和高热稳定性。此外，小孔径导致更高的暴露表面积，因此具有更高的吸附能力。吸附剂还必须具有独特的孔结构，能够快速传输蒸气。

如下所述，大多数工业吸附剂属于三类中的一类。

• 含氧化合物：通常是亲水的和极性的，包括诸如硅胶和沸石的材料
• 碳基化合物：通常为疏水性和非极性的，包括活性炭和石墨等材料
• 聚合物基化合物：由含有极性或非极性官能团的多孔聚合物基质组成

此外，一些金属如铂和钯（细碎形式）是某些气体的良好吸附剂，并且在化学反应中起催化剂的作用。

硅胶

硅胶是化学惰性，无毒，极性和尺寸稳定（低于400℃）的无定形SiO 2。它通过硅酸钠和硫酸之间的反应制备，然后进行一系列后处理过程，例如老化，酸洗等。这些后处理方法导致各种孔径分布。

二氧化硅用于干燥气体（例如工艺空气，氧气和天然气）和从天然气中吸附重（极性）烃。

沸石

沸石是天然或合成的结晶硅铝酸盐，其具有重复的孔网络并在高温下释放水。这些沸石本质上通常是极性的。

它们通过在高压釜中水热合成硅铝酸钠或其他二氧化硅源，然后与某些阳离子（Na +，Li +，Ca 2 +，K +，NH 4 +）进行离子交换来制备。沸石笼的通道直径通常为2至9埃（200至900皮米（pm））。在离子交换过程之后，干燥晶体，可以用粘合剂将其制粒以形成大孔粒料。

沸石用于处理空气的干燥，从天然气中除去CO 2，从重整气体中除去CO，空气分离，催化裂化，以及催化合成和重整。

非极性（硅质）沸石可以由不含铝的二氧化硅源或通过含铝沸石的脱铝合成。脱铝过程通过在高温（通常高于500℃（1000℉））下用蒸汽处理沸石来完成。该热处理破坏了铝 - 氧键，铝原子从沸石骨架中排出。

活性炭

活性炭是最广泛使用的吸附剂。它是一种高度多孔的无定形固体，由具有石墨晶格的微晶组成，通常以小颗粒或粉末制备。它非极性且便宜。然而，其主要缺点之一是它是可燃的。

活性炭可由碳质材料制成，包括煤（沥青，次烟煤和褐煤），泥炭，木材或坚果壳（包括椰子）。制造过程包括碳化和活化两个阶段。碳化过程包括干燥然后加热以从原料中分离副产物，包括焦油和其他碳氢化合物，以及驱除产生的任何气体。通过在不能支持燃烧的缺氧气氛中在400-600℃下加热材料来完成碳化过程。

通过将碳化颗粒在高温下暴露于氧化剂（通常为蒸汽或二氧化碳）来“活化”碳化颗粒。该试剂燃烧了在碳化阶段产生的孔隙阻挡结构，因此它们形成多孔的三维石墨晶格结构。在激活期间产生的孔的大小是它们在该阶段中花费的时间的函数。较长的暴露时间导致较大的孔径。最常见的水相碳是基于沥青的，因为它们具有硬度，耐磨性，孔径分布和低成本，但是它们的有效性需要在每种应用中进行测试以确定最佳产品。

活性炭用于吸附有机物质和非极性吸附物，也常用于废气和废水处理。其有用性主要来自其大的微孔和中孔体积以及由此产生的高表面积。

铂金和钯金

铂和钯，特别是细碎的形式，是氢和其他气体的良好吸附剂。因此，它们可用作各种化学反应的优异催化剂。例如，铂负载的催化剂用于原油的精炼，重整和用于生产石油化学工业的高辛烷值汽油和芳族化合物的其它方法。此外，化学工业使用铂或铂 - 铑合金来催化氨的部分氧化以产生一氧化氮 - 一种肥料，炸药和硝酸的原料。

在室温和大气压下，钯可以吸附其自身体积氢的900倍。因此，钯可用于安全地储存大量的氢。细碎的钯是反应的良好催化剂，例如氢化（加入氢原子），脱氢（除氢原子）和石油裂化（将大的，复杂的烃分解成更小，更简单的烃）。

自1979年以来，汽车工业一直使用钯，铂和铑作为催化转化器中的催化剂来处理汽车尾气排放。

门户网站介导吸附

门户位点介导的吸附是在含有各种吸附位点的金属催化体系中的位点选择性活化气体吸附的模型。在这样的系统中，低配位“边缘和角落”缺陷样位点可以表现出比高配位（基面）位点显着更低的吸附焓。因此，这些位点可以作为“门户”，在其余表面上非常快速地吸附。这种现象依赖于常见的“溢出”效应，其中某些吸附物质在某些表面上表现出高迁移率。该模型解释了在催化系统中气体吸附热力学和动力学的看似不一致的观察结果，其中表面可存在于一系列配位结构中，

最初的模型由TS King及其同事[1]开发，描述了在二氧化硅负载的银 - 钌和铜 - 钌双金属催化剂上的氢吸附。[2]同一组将该模型应用于一氧化碳（CO）加氢（费 - 托合成）。C. Zupanc及其同事随后在氧化镁负载的铯 - 钌双金属催化剂上证实了相同的模型。[3]

吸附病毒

当病毒感染细胞时，第一步是将病毒颗粒（病毒粒子）吸附在细胞表面（膜）上。之后，病毒遗传物质（核酸）在穿透细胞时变得不被涂覆。然后，病毒核酸可以或可以不整合到细胞基因组中，然后指导病毒核酸和蛋白质的合成，然后组装新的病毒颗粒，并释放颗粒。

等温线：吸附定量

可以通过使用等温线定量描述吸附。等温线显示吸附剂上吸附物的量作为其在恒定温度下的压力（如果是气体）或浓度（如果是液体）的函数。吸附材料的量几乎总是通过吸附剂的质量标准化，以允许比较不同的材料。

Freundlich和Küster的Isotherm

Freundlich和Küster于1894年发表了对等温线的第一个数学拟合。它是气态吸附物的纯经验公式，可写如下：

其中吸附量是吸附剂的质量，是吸附物的压力，并且是给定温度下每种吸附剂 - 吸附物对的经验常数。当压力无限制地增加时，该函数具有渐近最大值。随着温度的升高，常数和变化反映了经验观察，即随着压力的增加，吸附量上升得更慢，并且需要更高的压力来使表面饱和。

Langmuir等温线

1916年，Irving Langmuir发布了一种吸附在固体上的气体的新模型等温线。这种称为Langmuir等温线的半经验等温线来源于提出的动力学机制。它基于四个假设：

1. 吸附剂表面均匀，即所有吸附位点均相同
2. 吸附的分子彼此不相互作用
3. 所有吸附都通过相同的机制发生
4. 在最大吸附时，仅形成单层：吸附质分子不会沉积在其他已吸附的吸附物分子上，仅在吸附剂的自由表面上沉积

这四个假设很少都是有效的。特别地，表面总是具有缺陷，吸附的分子不一定是惰性的，吸附的第一分子的吸附机理显然与吸附的最后分子的吸附机理不同。第四个条件是最麻烦的，因为更多的分子会吸附在单层上; 对于相对平坦的（非微孔）表面，BET等温线解决了这个问题，如下所述。尽管如此，Langmuir等温线是大多数吸附模型的首选，并且在表面动力学（通常称为Langmuir-Hinshelwood动力学）和热力学方面具有许多应用。

Langmuir建议通过这种机制进行吸附：其中A是气体分子，S是吸附位点。直接和反向速率常数是k和k -1。如果定义表面覆盖，则作为吸附位点的一部分，平衡提供

 要么 

分压（对于气体）或溶液的摩尔浓度（对于液体）在何处。

适用于极低压力和高压

很难通过实验来衡量。通常，吸附物是气体，吸附量以标准温度和压力（STP）/克吸附剂的摩尔数，克数或气体体积给出。如果一个调用v MON以形成在吸附剂（每吸附剂克）单层所需吸附物的STP的体积，以及一个用于获得一个直线的表达式：

通过其斜率和y-截距，可以获得v mon和K，它们是给定温度下每种吸附剂/吸附物对的常数。v mon通过理想气体定律与吸附位点的数量有关。如果假定位点的数量仅是被分成吸附质分子的横截面的固体的整个区域，则可以容易地计算吸附剂的表面积。吸附剂的表面积取决于其结构; 它的孔越多，面积越大，对表面反应的影响越大。

如果表面上吸附的气体多于一种，则一种气体被定义为空位的一部分而一种气体的位置

和

其中我是每种吸附的气体之一。

BET等温线

分子通常形成多层，即一些分子吸附在已经吸附的分子上。在这种情况下，Langmuir等温线无效。1938年，Stephan Brunauer，Paul Emmett和Edward Teller开发了一种模型等温线，将这种可能性考虑在内。他们的理论被称为BET理论，在他们姓氏的首字母缩写之后。他们修改了Langmuir的机制如下：

甲（克） + S ⇌ AS

甲（克） + AS ⇌阿2小号

甲（克） + A 2小号⇌甲3个 S和等

公式的推导比Langmuir更复杂。一个人得到：

x是压力除以该温度下吸附物的蒸气压（通常表示），v是吸附吸附物的STP体积，v mon是形成单层所需吸附物量的STP体积，c是在Langmuir等温线中使用的平衡常数K乘以吸附物的蒸气压。用于推导BET方程的关键假设是除了第一层之外的所有层的连续吸附热等于吸附物的冷凝热。

Langmuir等温线通常对化学吸附更好，BET等温线对非微孔表面的物理吸附效果更好。

也可以看看

• 碳
• 化学反应
• 钯
• 铂
• 硅胶
• 沸石

笔记

1. ↑ RL Narayan和TS King，通过微量量热法，Thermochimica Acta 312（1-2）（1998）：105-114 研究了在二氧化硅负载的Ru-Ag和Ru-Cu双金属催化剂上的氢吸附状态。
2. ^ DP VanderWiel，M。Pruski和TS King，二氧化碳加氢过程中二氧化硅负载钌和银 - 钌双金属催化剂上氢吸附和反应的动力学研究，催化学报 188（1）（1998） ：186-202。
3. ↑ C.Zupanc，A.Hornung，O。Hinrichsen，和M. Muhler，氢与Ru / MgO催化剂的相互作用，催化剂杂志 209（2002）：501-514。

参考

• Bruch，LW，Milton W. Cole和Eugene Zaremba。物理吸附：力和现象。Mineola，NY：Dover Publications，2007。ISBN 978-0486457673。
• Rouquerol，F.，J。Rouquerol和K. Sing。粉末和多孔固体的吸附：原理，方法和应用。San Diego：Academic Press，1999。ISBN 0125989202。
• 杨，RT 吸附剂：基础和应用。Hoboken，NJ：Wiley-Interscience，2003。ISBN 0471297410。

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