吸附滯後現象:簡介,吸附滯後環的形狀與孔結構,相關研究,ZSM-5沸石氮吸附低壓滯

吸附滯後現象

在研究多孔固體的物理吸附時，逐漸增加氣體壓力時得到的吸附等溫線與吸附後逐漸降低壓力時得到的脫附等溫線不相重合的現象被稱為吸附滯後現象。

基本介紹

中文名：吸附滯後現象
外文名：adsorption hysteresis
定義：在研究多孔固體的物理吸附時，逐漸增加氣體壓力時得到的吸附等溫線與吸附後逐漸降低壓力時得到的脫附等溫線不相重合的現象

簡介,吸附滯後環的形狀與孔結構,相關研究,ZSM-5沸石氮吸附低壓滯後現象的研究,四氯乙烷在土壤中的吸附滯後現象,

簡介

吸附滯後現象是指氣體在多孔性固體上的吸附等溫線吸附分支與脫附分支分離的現象。吸附分支與脫附分支形成的閉合曲線稱為吸附滯後環(或圈)。吸附滯後現象可用毛細凝結理論解釋。

吸附滯後環：吸附等溫線與脫附等溫線構成的環。脫附線總是在吸附線的左上方，見圖1。

圖1

吸附滯後環的形狀與孔結構

1、吸附滯後環的形狀：吸附線和脫附線都很陡，而且發生在中間相對壓力範圍。吸附滯後環的形狀見圖2。

孔結構：圓筒孔和正多面柱孔矽膠等.

圖2

2、吸附滯後環的形狀：吸附線平穩上升，壓力接近p0時才變陡; 脫附線平穩下降，在中間相對壓力時才迅速下降。吸附滯後環的形狀見圖3。

孔結構：片狀或層狀材料：蒙脫土、石墨的氧化物等。

圖3

相關研究

ZSM-5沸石氮吸附低壓滯後現象的研究

眾所周知，純微孔物質，如各種沸石及一些活性炭的氮吸附等溫線，通常屬於BDDT分類中的Ⅰ型等溫線，即無滯後環，且等溫線在極低相對壓力時，迅速升起,隨後吸附量無顯著增加，等溫線幾乎與相對壓力軸平行。而具有典型Ⅳ型等溫線的物質，由於含有中孔，在吸附過程中發生毛細管冷凝作用，會形成滯後環，但這種滯後環的閉合點，對於氮吸附質而言，常常在相對壓力P /P₀=0.4附近。某些ZSM-5沸石的吸附等溫線沒有呈現典型的Ⅰ型等溫線形狀，卻呈現出不尋常的低壓滯後，即滯後環的閉合點降到相對壓力P /P₀約0.1附近。而且滯後環的吸附線斜率突然增加，呈台階狀。

研究發現某些具有低壓滯後環和台階狀等溫線的ZSM-5沸石，其X射線衍射圖譜具有單斜晶系特徵，而具有一般Ⅰ型等溫線的ZSM-5沸石則呈現正交晶系圖譜。氫型高矽鋁比ZSM-5沸石為單斜晶系，一般ZSM-5沸石經一定溫度水蒸氣處理後可由正交晶系轉變為單斜晶系，其吸附等溫線出現台階狀和低壓滯後環。

ZSM-5沸石台階狀吸附等溫線及低壓滯後現象與其X射線衍射圖譜在2θ為24.4°、29.2°、48.6°附近位置單峰分裂為雙峰的現象有密切關係，也意味著與單斜晶系有密切關係。這是由於ZSM-5沸石的晶體結構對稱性在水熱處理後由正交晶系下降為單斜晶系，引起孔道結構變化，造成吸附質分子受到更大限制的結果。

高矽鋁比和水熱處理可以使ZSM-5沸石由正交晶系轉變為單斜晶系,其氮吸附等溫線可由Ⅰ型轉變為具有低壓滯後環及台階狀的非尋常形態吸附等溫線。

四氯乙烷在土壤中的吸附滯後現象

氯代揮發性有機物（VOCs）已被廣泛套用於乾洗、油漆製造、有機合成以及各行業（如儀器製造、曝光電子、印刷等）的金屬脫油洗滌等領域中，是一類重要的環境污染物。氯代揮發性有機物對人的中樞神經系統、呼吸系統、腎臟和肝臟等都有毒害作用，且被懷疑具有潛在的致癌作用。鑒於很多國家和地區的地下水和地表水都受到氯代揮發性有機物的污染，氯代揮發性有機物的污染治理已成為全球關注的環境問題，了解其在環境中的污染狀況和遷移歸宿也成為一項緊迫的任務。污染物在土壤中的吸附解吸是決定其環境行為的重要過程，解吸過程能夠更直接地影響污染物的生物可利用性，因而與污染土壤的生態風險息息相關。很多研究發現，吸附在土壤上的污染物只有一部分能夠容易地解吸下來，而其餘部分的解吸相對困難，並且不符合傳統的吸附/解吸模型（例如線性等溫線、Freundlich 等溫線等），這種現象被稱為“不可逆吸附”、“鎖定”或“解吸滯後”。

有機化合物在土壤中的吸附主要存在著兩種機理：一是有機污染物在土壤有機質中的分配作用，其吸附等溫線是線性的，與表面吸附位無關，只與有機污染物的溶解度有關，吸附質和吸附劑之間沒有強烈的相互作用，因而放出的吸附熱較小；二是土壤礦物質的表面吸附作用，其作用力是各種化學鍵力，如氫鍵、離子偶極鍵、配位鍵作用的結果，其吸附等溫線是非線性的，並存在競爭吸附，同時在吸附過程中往往要放出大量的熱來補償反應中熵的損失。

目前對於解吸滯後現象的解釋有很多，大致可以分為兩類：一是污染物在土壤顆粒的微孔內或者有機質中的緩慢擴散；二是由於吸附后土壤有機質發生了形態改變或孔變形，使得吸附相的污染物被“鎖定”。而第二種機理可以更好地解釋實驗中出現的解吸滯後以及污染物和吸附劑性質相獨立的現象。