煤质柱状活性炭在吸附过程中的吸附作用力
一定条件下的吸附作用力、吸附容量的大小是评选吸附剂的依据之一。活性炭中因分子、原子或离子之间的作用力大小的差异,各粒子和固体比表面碰撞的机理是复杂的,从分子统计热力学的角度,可取体系的微观状态的统计平均,用分析方法得到这些微观状态和宏观状态之间的关系。
活性炭吸附于固体表面的作用力一般可分为两类。一类石油范德华力引起的分子之间的互相作用力;一类是化学键力,包括固体和气体之间电子的转移。这两类作用力不能截然分开,须看那种作用力为主。物理吸附以范德华分子相互作用力为主。化学吸附以异极或同极力引起分子在表面作用为主,同时产生电子转移或使吸附的分子解离成员自和游离基。一般辨别物理吸附和化学吸附的基本点有以下几个方面:
一、物理吸附的吸附热与组合的液化热为同一数量级,其吸附热较低,一般高于1kj/(g.mol),但至多不超过几十kj/(g.mol)。化学吸附的吸附热与化学反应热的数量及相当,其吸附热远比物理吸附的高,一般都在几百kj/(g.mol),大于组分汽化潜热的2-3倍。吸附热的大小是区分物理吸附和化学吸附的标志之一,但因吸附热随吸附剂表面遮概率的大小不同而异,故此联合总吸附热的大小需在相同的这概率下进行比较。
二、任何气-固体系的物理吸附,都需在相应的温度和条件下进行,其物理吸附类似于气体的凝聚现象,没有电子转移,不需活化能。化学吸附为气体吸附质在表面形成与原子分子结构不同的中间络合物,在表面形成化学键产生化学反应,虽然霍华德很慢,但需要一定的活化能。随着温度的升高物理吸附量下降,化学吸附则出现峰值。
三、物理吸附可以是多层吸附,吸附速度很快,是可逆的。提高温度或降低吸附质的分压,吸附质分子就可脱附解吸。化学吸附仅是单层吸附,具有一定的选择性,是不可逆的,吸附速率较慢,吸附质分子了解吸附较困难。
四、物理吸附形成可移动的单分子或多分子层,被吸附组分的分子不解离,在较低温度下一物理吸附为主。化学吸附仅为单分子曾吸附,在某些情况下,与化学吸附的单分子蹭上,在形成物理吸附,可以解离。在相当宽的温度范围内都可以发生化学吸附。
在吸附分离过程中选用的活性炭,其吸附平衡应以物理吸附为主,便于活性炭吸附再生。