吸附势

物理化学术语

吸附势的定义为吸附质在界面进行物理吸附时，每1mol吸附质的自由能变化。气相吸附时，Polanyi 提出的用A=RTln(P0/P) 定义吸附势很有名，此处，R，T，P0，P分别为气体常数，绝对温度吸附质的饱和蒸汽压，吸附平衡压。

概念

1814年，de Saussure提出吸附剂对吸附质有吸引力，据表面越近，引力越大，吸附质密度也越大。1914年，Euken将这种引力引申为吸附势。随后，Polanyi以定量表达式描述吸附势。

Polanyi吸附势理论要点：

（1）不对吸附图像给与某些假设的限制，不涉及固体表面的均匀性；

（2）离表面越近，引力越大；

（3）吸附空间内各处都存在吸附势，吸附势相等的点构成吸附面；

（4）吸附势与吸附体积V的关系对任何温度都是相同。

Polanyi吸附势理论的热力学推导

研究背景

近年来，随着环境保护科学的迅速发展，固-液界面吸附问题日益得到重视。在国内外，Polanyi吸附势理论应用广泛，进展较大，引人注视。由于固体表面和溶液的复杂性，固-液界面吸附理论仍处于探讨发展之中。发表文章多是通过种种“模型 ”在实验基础上总结出一些规律，但总带有一定的经验性质。我们运用热力学和溶液理论，推导出Polanyi吸附势理论的结果。由于采用化学势，反映了溶液和吸附层中各组分的相互影响，以及化学吸附的情况，所以在混合吸附理论上较Polanyi理论又深入了一步。同时还解释了一些固-液吸附的事实和规律，有助于Polanyi吸附势理论的深入研究和应用推广。

Polanyi吸附势的热力学分析

固体表面吸附气体或液体，是由于吸附质处于吸附剂固体表面的吸附力场中，受到吸附力的作用，产生吸附位移的结果。吸附力场中某等位面的场强不仅与吸附剂和吸附质的性质、表面结构以及介质等因素有关，而且受等位面与固体表面间距离的影响，随距离增大而减小。至无限远处，场强为零，此等位面是零点位。吸附质在吸附力作用下沿场强方向所移动的距离称吸附位移。吸附力与吸附力场的场强和吸附质性质有关。对于吸附质系统，所做吸附功为

式中f为吸附力，dl为吸附位移。

处于吸附质体相和固体吸附剂表面之间的吸附层，称为吸附相。吸附相中，吸附力的作用大于分子热运动的作用，使吸附质分子间距离缩小，甚至产生凝聚或化学吸附。吸附质在吸附相密度大于体相的密度，而且吸附相浓度呈梯度连续变化。整个吸附机构如图1所示。

由上可知，吸附过程是在一定条件下。吸附质分子受吸附力作用从体相进入吸附相，发生了位移相变化或化学变化(化学吸附)，亦即物质的量变化的过程。因此，用化学势和吸附功来反映吸附过程的规律。

吸附势在活性炭对氙的吸附平衡中的应用

活性炭吸附法分离大气中的惰性气体氙被广泛地应用在全面禁止核试验条约(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty，CTBT)放射性氙的核查探测技术中。由于大气中放射性氙含量低，要保证氙有较高的吸附分离效率，才能达到有效探测。氙在活性炭上的吸附等温线反映了活性炭对氙的吸附性能。但是由于氙的物理特性及其比较稀缺且价格昂贵等特点，测定其在任意温度下的吸附平衡(即吸附等温线)存在一定难度，而由Polanyi提出并由Dubinin等发展的吸附势理论可能解决这一问题。该吸附势理论能够将不同温度下的吸附等温线划归成一条特征曲线，从而利用一个温度下的吸附平衡数据预测其他温度下的吸附平衡，这一结论已从大量实验数据中得到证实。

吸附特性曲线的获取

吸附势理论认为气固吸附的主要作用力是色散力，而色散力与温度无关，因此吸附势也与温度无关。吸附势与吸附空间体积的分布曲线表述单一，该曲线称为特性曲线。要获得一个吸附体系的特性曲线需要计算该体系吸附势和吸附空间体积。

（1）吸附势计算

吸附势与压力的关系为：

式中：为吸附势(J/m01)；P为平衡压力(kPa)；Ps为温度T时饱和蒸汽压(kPa)；T为绝对温度(K)；R为普适气体常数(8.314J/mol·K)。

实验研究的吸附温度已经处在氙的临界温度之上。在临界温度以上吸附时气体不可能液化，此时饱和蒸汽压Ps就失去了相应的物理意义，因此采用Dubinin提出的虚拟饱和蒸汽压的经验公式计算Ps：

式中：Pc为氙的临界压力(5838kPa)；Tc为氙临界温度(289.8K)。

（2）吸附空间体积计算

由等温吸附实验数据和一下公式计算吸附空间体积：

式中：为吸附空间体积(cm3/g)；V为实测的吸附量(mol/g)；M为氙的分子量(g/mol)；ρ为吸附相密度(g/cm3)。

结论

通过测定活性炭在不同温度下对氙的吸附平衡数据，应用吸附势理论，对其特性曲线方程进行了拟合，得出了氙在活性炭上的吸附特性方程。将实测吸附平衡数据与对应温度条件下通过吸附特性方程计算值进行了对比，实测值与计算值的误差在4%以下，计算值和实测值相互吻合得比较好，证明采用吸附势理论计算氙在活性炭上的吸附平衡的方法是可行的，可以获得较好的吸附平衡数据。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省