Равновесие адсорбции

Теоретические основы адсорбции

Поглотительная (адсорбционная способность) – величина адсорбции, активность, ёмкость – концентрация адсорбата в единице объёма или массы адсорбента.

Адсорбция – экзотермический процесс.

Зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации (давления) поглощаемого вещества в газовой фазе в условиях равновесия при определённой температуре называется изотермой адсорбции:

а*=f(p) или a*=f(p/p_s)

Возможные формы изотерм адсорбции представлены на рисунке 19.

При высоких температурах и малых парциальных давлениях р_i уравнение изотермы адсорбции принимает вид закона Генри:

а*=mр, где m – коэффициент фазового равновесия, а изотерма имеет форму кривой 3 (см.рис.19).

При практических расчётах используется эмперическое уравнение Фрейдлиха:

а*=Крⁿ, где К, n – константы для данной температуры. Изотерма в этом случае имеет вид экспоненты.

Для широкого интервала давлений в случае мономолекулярной адсорбции (без капиллярной конденсации) изотерма адсорбции описывается уравнением Ленгмюра:

, где

а_m – предельная величина адсорбции (ёмкость монослоя) при р/р_s=1, р_s - давление насыщенного пара при даной температуре;

b – коэффциент, зависящий от температуры.

Изотерма Ленгмюра имеет вид кривых 1,2 на рис.19.

С помощью данных, получаемых из изотермы Ленгмюра (a_m), можно рассчитать удельную поверхность сорбента:

S = a_m∙N_A∙ω_m, где

S – удельная поверхность адсорбента;

N_A = 6,022∙10²³1/моль – число Авагадро;

ω_m – элементарная площадка, занимаемая молекулой адсорбата в плотном слое на поверхности адсорбента (справочные данные).

Для описания полимолекулярной адсорбции без капиллярной конденсации используется уравнение изотермы БЭТ (Брунауэра, Эммета, Теллера):

,

С – константа, определяющая вид изотермы и определяется по формуле:

, где

Q₁ – теплота адсорбции в 1-ом слое;

λ – теплота конденсации пара адсорбтива.

При Q₁> λ изотерма имеет вид кривой 5 на рис.19,

При Q₁< λ изотерма имеет вид кривой 4 (s-форма) на рис.19

Дальнейшее развитие теория адсорбции получила в работах школы академика М.М.Дубинина, создавшего потенциальную теорию адсорбции, основанную на термодинамических закономерностях, обосновавших теорию объемного заполнения микропор. Основное уравнение потенциальной теории:

, где

W₀ – предельный объём адсорбционного пространства;

V* - молекулярный объём адсорбата в ожиженном состоянии при температуре Т;

А – мольная работа адсорбции,

А = -∆G = RT ln(p_s/р);

Е – характеристическая энергия адсорбции;

n – константа, принимающая значения от1 до 6.

Дата добавления: 2014-01-07