基本介紹
概念,Polanyi吸附勢理論的熱力學推導,研究背景,Polanyi吸附勢的熱力學分析,吸附勢在活性炭對氙的吸附平衡中的套用,吸附特性曲線的獲取,結論,
概念
1814年，de Saussure提出吸附劑對吸附質有吸引力，據表面越近，引力越大，吸附質密度也越大。1914年，Euken將這種引力引申為吸附勢。隨後，Polanyi以定量表達式描述吸附勢。
吸附作用
吸附作用Polanyi吸附勢理論要點：
（1）不對吸附圖像給與某些假設的限制，不涉及固體表面的均勻性；
（2）離表面越近，引力越大；
（3）吸附空間內各處都存在吸附勢
，吸附勢相等的點構成吸附面；
（4）吸附勢 與吸附體積V的關係對任何溫度都是相同。
Polanyi吸附勢理論的熱力學推導
研究背景
近年來，隨著環境保護科學的迅速發展，固-液界面吸附問題日益得到重視。在國內外，Polanyi吸附勢理論應 用廣泛，進展較大，引人注視。由於固體表面和溶液的複雜性，固-液界面吸附理論仍處於探討發展之中。發表文章多是通過種種“模型 ”在實驗基礎上總結出一些規律，但總帶有一定的經驗性質。我們運用熱力學和溶液理論，推導出Polanyi吸附勢理論的結果。由於採用化學勢，反映了溶液和吸附層中各組分的相互影響，以及化學吸附的情況，所以在混合吸附理論上較Polanyi理論又深入了一步。同時還解釋了一 些固-液吸附的事實和規律，有助於Polanyi吸附勢理論的深入研究和套用推廣。
Polanyi吸附勢的熱力學分析
固體表面吸附氣體或液體，是由於吸附質處於吸附劑固體表面的吸附力場中，受到吸附力的作用，產生吸附位移的結果。吸附力場中某等位面的場強不僅與吸附劑和吸附質的性質、表面結構以及介質等因素有關，而且受等位面與固體表面間距離的影響，隨距離增大而減小。至無限遠處，場強為零，此等位面是零點位。吸附質在吸附力作用下沿場強方向所移動的距離稱吸附位移。吸附力與吸附力場的場強和吸附質性質有關。對於吸附質系統，所做吸附功為
式中f為吸附力，dl為吸附位移。
處於吸附質體相和固體吸附劑表面之間的吸附層，稱為吸附相。吸附相中，吸附力的作用大於分子熱運動的作用，使吸附質分子間距離縮小，甚至產生凝聚或化學吸附。吸附質在吸附相密度大於體相的密度，而且吸附相濃度呈梯度連續變化。整個吸附機構如圖1。
圖 1 吸附機構示意圖
圖 1 吸附機構示意圖由上可知，吸附過程是在一定條件下。吸附質分子受吸附力作用從體相進入吸附相，發生了位移相變化或化學變化(化學吸附)，亦即物質的量變化 的過程。因此，用化學勢和吸附功來反映吸附過程的規律。
吸附勢在活性炭對氙的吸附平衡中的套用
活性炭吸附法分離大氣中的惰性氣體氙被廣泛地套用在全面禁止核試驗條約(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty，CTBT)放射性氙的核查探測技術中。由於大氣中放射性氙含量低，要保證氙有較高的吸附分離效率，才能達到有效探測。氙在活性炭上的吸附等溫線反映了活性炭對氙的吸附性能。但是由於氙的物理特性及其比較稀缺且價格昂貴等特點，測定其在任意溫度下的吸附平衡(即吸附等溫線)存在一定難度，而由Polanyi提出並由Dubinin等發展的吸附勢理論可能解決這一問題。該吸附勢理論能夠將不同溫度下的吸附等溫線劃歸成一條特徵曲線，從而利用一個溫度下的吸附平衡數據預測其他溫度下的吸附平衡，這一結論已從大量實驗數據中得到證實。
吸附特性曲線的獲取
吸附勢理論認為氣固吸附的主要作用力是色散力，而色散力與溫度無關，因此吸附勢也與溫度無關。吸附勢與吸附空間體積的分布曲線表述單一，該曲線稱為特性曲線。要獲得一個吸附體系的特性曲線需要計算該體系吸附勢和吸附空間體積。
（1）吸附勢計算
吸附勢與壓力的關係為：
式中：
為吸附勢(J/m01)；P為平衡壓力(kPa)；Ps為溫度T時飽和蒸汽壓(kPa)；T為絕對溫度(K)；R為普適氣體常數(8.314J/mol·K)。
實驗研究的吸附溫度已經處在氙的臨界溫度之上。在臨界溫度以上吸附時氣體不可能液化，此時飽和蒸汽壓Ps就失去了相應的物理意義，因此採用Dubinin提出的虛擬飽和蒸汽壓的經驗公式計算Ps：
式中：Pc為氙的臨界壓力(5838kPa)；Tc為氙臨界溫度(289.8K)。
（2）吸附空間體積計算
由等溫吸附實驗數據和一下公式計算吸附空間體積：
式中：
為吸附空間體積(cm3/g)；V為實測的吸附量(mol/g)；M為氙的分子量(g/mol)；ρ為吸附相密度(g/cm3)。
