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化学吸附仪的工作原理是什么

类别:工作原理 发布于:2023-04-12 09:54:04 | 193 次阅读

  化学吸附仪是基于程序升温技术发展起来的,可进行程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)、程序升温氧化(TPO)、程序升温表面反应(TPSR)以及脉冲滴定等实验,用于材料对于物质的吸、脱附性能研究。除了常规(常压)的COx、NOx、NH3、H2、O2等的吸脱附实验外,还可进行吡啶、苯、甲醛等有机物的吸脱附实验。

  工作原理:

化学吸附仪原理是BET多层吸附模型,理论基础是Langmuir吸附等温式。低压下气体在金属表面的吸附,基于吸附-脱附的分子动力学模型推导出一个单分子吸附的吸附等温式:

  θ=V/Vm=ap/1+ap

  其中,θ为表面覆盖度;V为吸附量;Vm为单层吸附容量;p为吸附质蒸气吸附平衡时的压力;a为吸附系数,是吸附平衡常数。

  式中描述的Langmuir型吸附等温线,属于IUPAC分类的I型等温线。在压力很低或者吸附很弱时,θ=ap,吸附量与平衡压力成正比(Henry定律);在压力很大或者吸附很强时,θ≈1,吸附量为单层吸附容量,与压力无关。

  Langmuir模型的基本假设为:

  (1)吸附剂表面存在吸附位,吸附质分子只能单层吸附于吸附位上;

  (2)吸附位在热力学和力学意义上是均一的(吸附剂表面性质均匀),吸附热与表面覆盖度无关;

  (3)吸附分子间无相互作用,没有横向相互作用;

  (4)吸附-脱附过程处于动力学平衡之中。

  Langmuir公式是一个理想的吸附公式,代表了在均匀表面上吸附分子彼此没有作用,而且吸附是单分子层情况下吸附达到平衡时的规律,但是在实践中不乏与其相符的实验结果。这可能是实际非理想的多种因素互相抵消所致。

  例如,吸附质分子间的相互作用一般随覆盖度的提高而加强;而同时在不均匀的表面,吸附首先发生在高能的吸附位上,吸附热随覆盖度增加而下降。这两种因素相互抵消,在中等的覆盖度范围(θ=0.1~0.4),a值挖为常数。因而在此范围内吸附等温线可用Langmuir公式可以描述I型等温线,但是I型等温线往往反映的是微孔吸附剂的微孔吸附剂的微孔填充现象,极限吸附量是微孔的填充量。达到中等的相对压力后,固体表面上的吸附量都有明显的增大,表明发生多层吸附。这就是BET多层吸附模型的由来。


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