固液界面（吸附作用）课件

3.4 固液界面吸附作用固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等，都涉及活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等，都涉及固体自溶液中的吸附现象。固体自溶液中的吸附现象。溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在固体表面吸附的难易取决于它们和表面作用力的强固体表面吸附的难易取决于它们和表面作用力的强弱。一般来说，和固体表面性质相近的组分易被吸弱。一般来说，和固体表面性质相近的组分易被吸附。例如，炭自乙醇和苯的混合液中吸附时苯易被附。例如，炭自乙醇和苯的混合液中吸附时苯易被吸附；若用硅胶，显然乙醇易被吸附。吸附；若用硅胶，显然乙醇易被吸附。3.4固液界面吸附作用固体自溶液中的吸附在实际工作11.固液吸附的本质和特点1）本质是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用下，向固体表面富集，同时降低表面张力下，向固体表面富集，同时降低表面张力。2）特点a、分子间作用力比气相大；、分子间作用力比气相大；b、相互作用力较复杂；、相互作用力较复杂；c、杂质将影响吸附结果；、杂质将影响吸附结果；d、吸附平衡比气相慢；、吸附平衡比气相慢；e、以物理吸附居多；、以物理吸附居多；f、实验方法简单。、实验方法简单。1.固液吸附的本质和特点1）本质22.自浓溶液中的吸附设溶液由设溶液由1和和2两种相互混溶的液体组成。其组两种相互混溶的液体组成。其组成可从纯的成可从纯的1变为纯的变为纯的2，即任何一种组分的组成，即任何一种组分的组成变化范围均为变化范围均为01，浓度用，浓度用x表示表示。1）复合吸附等温线复合吸附等温线吸附前吸附前n0=n10+n20吸附平衡吸附平衡n10=n1b+m n1sn20=n2b+m n2s以以x1和和x2表示溶液体相中表示溶液体相中1、2组分的摩尔分数组分的摩尔分数2.自浓溶液中的吸附设溶液由1和2两种相互混溶的液体组3自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附4自浓溶液中的吸附可得吸附等温线（可得吸附等温线（U型、型、S型、直线型）型、直线型）为正吸附为正吸附为负吸附为负吸附无吸附无吸附自浓溶液中的吸附可得吸附等温线（U型、S型、直线型）5自浓溶液中的吸附2）、）、单个吸附等温线单个吸附等温线复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合结果。由于一个方程中有结果。由于一个方程中有n1s和和n2s两个变量，因两个变量，因此，无法同时从复合等温线求得此，无法同时从复合等温线求得n1s和和n2s。a、从混合蒸汽中吸附、从混合蒸汽中吸附自浓溶液中的吸附2）、单个吸附等温线6自浓溶液中的吸附b、从纯蒸气吸附、从纯蒸气吸附仍设从液相中的吸附和从气相中的吸附相同，而仍设从液相中的吸附和从气相中的吸附相同，而且都是单分子层吸附，但吸附层成分与溶液中不同。且都是单分子层吸附，但吸附层成分与溶液中不同。当当1g吸附剂自由吸附剂自由1和和2组成的混合溶液中吸附时，组成的混合溶液中吸附时，应有下述关系：应有下述关系：若以若以表示表示1g吸附剂在组分吸附剂在组分1和和2的纯饱和蒸的纯饱和蒸汽中吸附的单层饱和吸附量。即汽中吸附的单层饱和吸附量。即自浓溶液中的吸附b、从纯蒸气吸附7自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附83.自稀溶液中的吸附在稀溶液中，可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温在稀溶液中，可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温式以描述吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质和式以描述吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质和溶剂分子吸附在固体表面上占有同样大的面积，吸溶剂分子吸附在固体表面上占有同样大的面积，吸附可看作是下面过程的平衡：附可看作是下面过程的平衡：被吸附的溶质液相中的溶剂被吸附的溶质液相中的溶剂=被吸附的溶剂液相中的溶质被吸附的溶剂液相中的溶质若以若以1表示溶剂，表示溶剂，2表示溶质，表示溶质，l表示液相，表示液相，s表示表表示表面相，上面的平衡可写作面相，上面的平衡可写作3.自稀溶液中的吸附在稀溶液中，可用兰格缪尔或弗仑德里胥9自稀溶液中的吸附平衡常数为平衡常数为 a a1 1l l、a a2 2l l 是溶剂和溶质在液相中的活度，是溶剂和溶质在液相中的活度，x x1 1s s、x x2 2s s 是溶剂和是溶剂和溶质在表面相的摩尔分数。对于稀溶液溶质在表面相的摩尔分数。对于稀溶液 a a1 1l l 可近似视为常数可近似视为常数，令，令代入得代入得自稀溶液中的吸附10自稀溶液中的吸附因为因为 x x1 1s sx x2 2s s1 1 所以所以在稀溶液中在稀溶液中 a a2 2l lcc2 2l l，即用溶质的浓度代替活度。若表面的吸，即用溶质的浓度代替活度。若表面的吸附位数为附位数为 n ns smolgmolg-1-1，则溶质的表面覆盖分数为，则溶质的表面覆盖分数为 n n2 2s s/n/ns s，溶剂的表面覆盖分数为，溶剂的表面覆盖分数为 1 1n n1 1s s/n/ns s，n n1 1s s 和和n n2 2s s 分别为溶分别为溶剂和溶质吸附量，且有剂和溶质吸附量，且有 n ns sn n1 1s sn n2 2s s。由于。由于 x x2 2s sn n2 2s s/n/ns s ，故可写作，故可写作 自稀溶液中的吸附因为x1sx2s1所以11自稀溶液中的吸附式即为兰格缪尔（式即为兰格缪尔（LangmuirLangmuir）等温式。其直线式形式为）等温式。其直线式形式为对于不均匀表面，对于不均匀表面，b b 不是常数，而是随覆盖分数而变，这不是常数，而是随覆盖分数而变，这时，可用弗伦德里胥公式（时，可用弗伦德里胥公式（FreundlichFreundlich）或或其中其中 K K 和和 n n 为常数，为常数，n1n1。自稀溶液中的吸附式即为兰格缪尔（Langmuir）等温式。其12自稀溶液中的吸附图为脂肪酸的吸附等温线。其中图为脂肪酸的吸附等温线。其中(a)(a)为活性炭自水溶液中的为活性炭自水溶液中的吸附，而（吸附，而（b b）为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸（）为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸（RCOOHRCOOH）一端具有憎水基，另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的一端具有憎水基，另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的吸附剂活性炭选择吸附憎水基，故吸附量顺序为丁酸吸附剂活性炭选择吸附憎水基，故吸附量顺序为丁酸 丙丙酸酸 乙酸，而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水乙酸，而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水基，吸附量顺序为乙酸基，吸附量顺序为乙酸 丙酸丙酸 丁酸。丁酸。自稀溶液中的吸附图为脂肪酸的吸附等温线。其中(a)为活性炭自13自稀溶液中的吸附右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线，在稀溶液右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线，在稀溶液中对苯而言表现为正吸附，而在浓溶液中则为负吸附中对苯而言表现为正吸附，而在浓溶液中则为负吸附。固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质和浓剂之间的相互作用，固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质和浓剂之间的相互作用，关系较为复杂。原则上说，降低固液界面自由能愈多的组关系较为复杂。原则上说，降低固液界面自由能愈多的组分易被吸附。具体地说，可总结出如下数条定性规律：分易被吸附。具体地说，可总结出如下数条定性规律：1 1）极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于）极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。吸附非极性的溶质。2 2）溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度）溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度愈小，说明其稳定性愈低，自由能愈大，故脱离本相进入表愈小，说明其稳定性愈低，自由能愈大，故脱离本相进入表面相的倾向就愈大。面相的倾向就愈大。自稀溶液中的吸附右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线，14自稀溶液中的吸附例如，脂肪酸的碳链愈长，在水中的溶解度愈小，愈例如，脂肪酸的碳链愈长，在水中的溶解度愈小，愈易被活性炭所吸附。相反地，在四氯化碳中，脂肪酸的易被活性炭所吸附。相反地，在四氯化碳中，脂肪酸的溶解度随碳链的增长而增大，它们被活性炭吸附的规律溶解度随碳链的增长而增大，它们被活性炭吸附的规律和在水中恰好相反。和在水中恰好相反。（3）吸附剂的影响吸附剂的影响吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有很大影吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有很大影响。例如，炭自水中可吸附有机物，而硅胶自水中对低响。例如，炭自水中可吸附有机物，而硅胶自水中对低分子有机物几乎不吸附，这是因为两种吸附剂的性质有分子有机物几乎不吸附，这是因为两种吸附剂的性质有极大的不同。对同一类吸附剂，当其比表面、孔结构、极大的不同。对同一类吸附剂，当其比表面、孔结构、后处理条件不同时，吸附能力也可有很大差别。后处理条件不同时，吸附能力也可有很大差别。自稀溶液中的吸附例如，脂肪酸的碳链愈长，在水中的溶解度愈15自稀溶液中的吸附（4）、）、无机盐的影响无机盐的影响当有强电解质存在时可使吸附量发生变化，一般规律是：当有强电解质存在时可使吸附量发生变化，一般规律是：无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量增加。这是无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量增加。这是因为无机盐强烈的水合作用减少水的有效浓度，因此有机物因为无机盐强烈的水合作用减少水的有效浓度，因此有机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用减少了的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用减少了有机物与水形成氢键的机会，从而降低其溶解度。有机物与水形成氢键的机会，从而降低其溶解度。若有机物含有分子内氢键，则其溶解度与无机盐存在与否若有机物含有分子内氢键，则其溶解度与无机盐存在与否关系不大，以此可判断有机物的结构。关系不大，以此可判断有机物的结构。自稀溶液中的吸附（4）、无机盐的影响16自稀溶液中的吸附（5）温度对吸附量的影响温度对吸附量的影响吸附过程多数是放热的吸附过程多数是放热的,故吸附量常随温故吸附量常随温度升高而下降。但温度对溶解度也有影响，度升高而下降。但温度对溶解度也有影响，一般情况下温度升高溶解度增大，因此，一般情况下温度升高溶解度增大，因此，温度与溶解度对吸附的影响一般来说是一温度与溶解度对吸附的影响一般来说是一致的，即温度升高，吸附量降低。对于溶致的，即温度升高，吸附量降低。对于溶解度随温度增高而降低的场合（如具有低解度随温度增高而降低的场合（如具有低会溶点的体系），有时可能产生吸附量随会溶点的体系），有时可能产生吸附量随温度增高而增加的情况。温度增高而增加的情况。自稀溶液中的吸附（5）温度对吸附量的影响174.自电解质溶液中的吸附（1）、）、离子吸附与电双层离子吸附与电双层1）离子吸附的原因离子吸附的原因a、体相中和固液界面上某组分的化学势不同，体相中和固液界面上某组分的化学势不同，从而发生离子的迁移和吸附；从而发生离子的迁移和吸附；b、固体表面的可离解基团由于介质固体表面的可离解基团由于介质pH的变化而的变化而产生不同程度的离解而使表面带电。产生不同程度的离解而使表面带电。（2）、）、双电层形成双电层形成由于固体表面带有电荷，因此溶液中的反离子必由于固体表面带有电荷，因此溶液中的反离子必将靠近表面而形成双电层。将靠近表面而形成双电层。4.自电解质溶液中的吸附（1）、离子吸附与电双层18自电解质溶液中的吸附关于固体溶液界面电双层产生的原因，最早提出见解关于固体溶液界面电双层产生的原因，最早提出见解的是赫姆霍茨的是赫姆霍茨(Helmholtz)。他认为，当将金属片插入水。他认为，当将金属片插入水或金属盐溶液中时，金属表面晶格上的离子，受到极性或金属盐溶液中时，金属表面晶格上的离子，受到极性水分子的吸引，有脱离金属表面进入溶液形成水合离子水分子的吸引，有脱离金属表面进入溶液形成水合离子的趋势，这时，金属表面由于电子过剩而带负电而溶液的趋势，这时，金属表面由于电子过剩而带负电而溶液相带正电。另一方面，溶液中的金属离子亦有由溶液相相带正电。另一方面，溶液中的金属离子亦有由溶液相进入金属相而使电极表面带正电的趋势。金属离子的这进入金属相而使电极表面带正电的趋势。金属离子的这种相间转移趋势取决于金属离子在两相中的电化学势的种相间转移趋势取决于金属离子在两相中的电化学势的相对大小，即金属离子总是从电化学势较高的相转入电相对大小，即金属离子总是从电化学势较高的相转入电化学势较低的相中。化学势较低的相中。自电解质溶液中的吸附关于固体溶液界面电双层产生的原因，最早19双电层模型双电层模型最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极溶液界作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极溶液界面电荷分布比拟为一平行板电容器，如左图所示。面电荷分布比拟为一平行板电容器，如左图所示。双电层模型最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的20双电层模型双电层模型虽然这一模型在数学上较易处理，但未免过于简化。虽然这一模型在数学上较易处理，但未免过于简化。实际上，由于热运动，溶液一侧的水合离子只有一部实际上，由于热运动，溶液一侧的水合离子只有一部分是比较紧密地附着在电极表面上，另一部分，则类分是比较紧密地附着在电极表面上，另一部分，则类似德拜似德拜-休克尔离子氛模型，扩散地分布到本体溶液中。休克尔离子氛模型，扩散地分布到本体溶液中。故此，现在的看法是形成扩散双电层，其中较紧密地故此，现在的看法是形成扩散双电层，其中较紧密地固定在固体表面上的部分称为紧密层，另外部分称为固定在固体表面上的部分称为紧密层，另外部分称为扩散层。这种扩散层。这种“扩散双电层扩散双电层”的概念最早由查普曼的概念最早由查普曼(chapman)提出，而在此以后逐步完善提出，而在此以后逐步完善。具体图象上。具体图象上图中所示。图中所示。双电层模型虽然这一模型在数学上较易处理，但未免过于简化。实际21双电层模型双电层模型继查普曼之后，继查普曼之后，1924年，斯特恩年，斯特恩(O.Stern)将赫姆霍将赫姆霍茨模型和查普曼模型结合起来，他考虑到一部分水化茨模型和查普曼模型结合起来，他考虑到一部分水化正离子是以紧密吸附的形式，聚集在赫姆霍茨平面上；正离子是以紧密吸附的形式，聚集在赫姆霍茨平面上；而其余则形成扩散双电层。此模型与赫姆霍茨模型和而其余则形成扩散双电层。此模型与赫姆霍茨模型和查普曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体表面查普曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体表面上的离子看成是固定在固体表面的一部分而不是流动上的离子看成是固定在固体表面的一部分而不是流动的。同时，它考虑到离子特别是水合离子占有一定体的。同时，它考虑到离子特别是水合离子占有一定体积而不是点电荷。积而不是点电荷。1947年，格拉哈姆年，格拉哈姆(D:CGrahame)又作了进一步改进。又作了进一步改进。他认为离子在固体表面上还可能存在化学吸附，被吸他认为离子在固体表面上还可能存在化学吸附，被吸附后溶剂化去除，因而在电极表面上有两个赫姆霍茨附后溶剂化去除，因而在电极表面上有两个赫姆霍茨平面（见上图中）。平面（见上图中）。双电层模型继查普曼之后，1924年，斯特恩(O.Stern22双电层模型双电层模型图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线形图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线形成的平面称为内赫姆霍茨平面，以成的平面称为内赫姆霍茨平面，以IHP表示。而由于静表示。而由于静电作用吸附在表面上的水化正离子的中心连线形成的平电作用吸附在表面上的水化正离子的中心连线形成的平面称为外赫姆霍茨平面，以面称为外赫姆霍茨平面，以OHP表示。在此以内至电表示。在此以内至电极表面称为紧密层，在此以外延伸至本体溶液，称为扩极表面称为紧密层，在此以外延伸至本体溶液，称为扩散层，扩散双电层即由紧密层和扩散层共同构成。其电散层，扩散双电层即由紧密层和扩散层共同构成。其电势分布如上图右所示。其中势分布如上图右所示。其中为热力学电势，为热力学电势，(Zeta)称为扩散层电势，称为扩散层电势，(-)为紧密层电势。为紧密层电势。双电层模型图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线形成23双电层模型双电层模型双电层与双电层与电势电势(1)胶团结构胶团结构因为胶粒的大小介于因为胶粒的大小介于1100nm之间，故每一胶粒必然是之间，故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。我们往往将组成胶粒核心由许多分子或原子聚集而成的。我们往往将组成胶粒核心部分的固态微粒称为胶核。例如用稀部分的固态微粒称为胶核。例如用稀AgNO3溶液和溶液和KI溶溶液制备液制备AgI溶胶时，由反应生成的溶胶时，由反应生成的AgI微粒首先形成胶核。微粒首先形成胶核。胶核常具有晶体结构，它很容易从溶液中选择性地吸附某胶核常具有晶体结构，它很容易从溶液中选择性地吸附某种组成与之相似的离子而使胶核带电，因此，胶核实际上种组成与之相似的离子而使胶核带电，因此，胶核实际上应包括固体微粒表层的带电离子。应包括固体微粒表层的带电离子。双电层模型双电层与电势24双电层模型双电层模型胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子（即与被胶核胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子（即与被胶核吸附的离子带相反电荷的离子）由于离子静电作用必吸附的离子带相反电荷的离子）由于离子静电作用必围绕于胶核周围，但离子本身的热运动又使一部分反围绕于胶核周围，但离子本身的热运动又使一部分反离子扩散到较远的介质中去。可见，一些紧紧地吸引离子扩散到较远的介质中去。可见，一些紧紧地吸引于胶核近旁的反离子与被吸附于胶核表层的离子组成于胶核近旁的反离子与被吸附于胶核表层的离子组成紧密层紧密层，而其余的反离子则组成，而其余的反离子则组成扩散层扩散层。胶核与紧。胶核与紧密层组成胶粒密层组成胶粒(Colloidalparticle)，而胶粒与扩散层，而胶粒与扩散层中的反离子组成胶团中的反离子组成胶团(micelle)。胶团分散于液体介质。胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。中便是通常所说的溶胶。双电层模型胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子（即与被胶核吸附25双电层模型双电层模型用用 AgNO3 稀溶液和稀溶液和 KI 溶液制备溶液制备 AgI 溶胶时，溶胶时，其胶团结构式可以表示为：其胶团结构式可以表示为：双电层模型用AgNO3稀溶液和KI溶液制备Ag26双电层模型双电层模型以下介绍滑动面和以下介绍滑动面和电势。电势。滑动面是当固液两相发生相对移动时呈现在固滑动面是当固液两相发生相对移动时呈现在固液交界处的一个高低不平的曲面，它位于紧密层液交界处的一个高低不平的曲面，它位于紧密层之外，扩散层之中且距固体表面的距离约为分子之外，扩散层之中且距固体表面的距离约为分子直径大小处。滑动面与溶液本体之间的电势差称直径大小处。滑动面与溶液本体之间的电势差称为为电势。有时也称为电动电势，这是因为只电势。有时也称为电动电势，这是因为只有当固液两相发生相对移动时才有有当固液两相发生相对移动时才有电势，可电势，可见，见，电势是滑动面存在的结果，而滑动面是电势是滑动面存在的结果，而滑动面是电势产生的基础。电势产生的基础。双电层模型以下介绍滑动面和电势。27双电层模型双电层模型当电解质的浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，当电解质的浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使面以内，使 电势在数值上变小，如下图所示。当电势在数值上变小，如下图所示。当电解质的浓度足够大时，可使电解质的浓度足够大时，可使 电势为零。此时相电势为零。此时相应的状态，称为等电态。应的状态，称为等电态。处于等电态的粒子是不带电的，处于等电态的粒子是不带电的，电泳，电渗的速度也必然为零。电泳，电渗的速度也必然为零。此时，溶胶非常容易聚沉。此时，溶胶非常容易聚沉。电势可自电泳，电渗等实验电势可自电泳，电渗等实验中求得。中求得。双电层模型当电解质的浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，28双电层模型双电层模型另外，处于扩散层中的离子可被加入溶液中的另外，处于扩散层中的离子可被加入溶液中的同性离子取代。如果原来半径小的离子被半径大同性离子取代。如果原来半径小的离子被半径大的离子所交换，则由于后者能较强地吸附在表面，的离子所交换，则由于后者能较强地吸附在表面，从而导致双电层变薄和从而导致双电层变薄和电势下降。电势下降。当高价离子交换低价离子时，不仅能降低当高价离子交换低价离子时，不仅能降低电电势，而且有可能改变表面带电的符号。这是由于势，而且有可能改变表面带电的符号。这是由于高价反离子具有特别强的吸附能力，在表面上可高价反离子具有特别强的吸附能力，在表面上可能超量吸附。能超量吸附。双电层模型另外，处于扩散层中的离子可被加入溶液中的29双电层模型双电层模型电解质离子在固液界面上的吸附电解质离子在固液界面上的吸附在在一一定定条条件件下下，电电解解质质可可以以分分子子状状态态在在固固液液界界面面上上吸吸附附，但但大大多多数数情情况况是是以以离离子子形形式式被被吸吸附附，电解质的吸附主要有两种形式。电解质的吸附主要有两种形式。（1）Stern层吸附层吸附静电吸附静电吸附可用可用Langmuir吸附等温式描述吸附等温式描述双电层模型电解质离子在固液界面上的吸附30离子交换d为紧密层电势，为紧密层电势，为吸附势能，可见，决定为吸附势能，可见，决定吸附能力大小的除静电作用外，还有非静电作用，吸附能力大小的除静电作用外，还有非静电作用，也有离子在带电符号相同的固体表面上吸附的例也有离子在带电符号相同的固体表面上吸附的例子，此时吸附主要是非电性力起作用，如范得华引力子，此时吸附主要是非电性力起作用，如范得华引力（2）离子交换离子交换M1+RM2M2+RM1交换离子交换离子固体固体离子交换剂离子交换剂交换吸附的平衡常数交换吸附的平衡常数K的大小反映了离子交换过程的趋的大小反映了离子交换过程的趋势，有时也用势，有时也用G的值来表示交换能力大小。的值来表示交换能力大小。离子交换剂离子交换剂的基本特性称为交换容量或交换能力，通常用的基本特性称为交换容量或交换能力，通常用mmol/g表示表示离子交换d为紧密层电势，为吸附势能，可见，决定31离子交换离子交换已在分离（如含磺酸基的交联聚苯乙烯树离子交换已在分离（如含磺酸基的交联聚苯乙烯树脂可分离所有的稀士元素脂可分离所有的稀士元素，含羟基和磺酸基的酚醛，含羟基和磺酸基的酚醛树脂可分离蛋白质水解产生的树脂可分离蛋白质水解产生的20多种氨基酸，燃料多种氨基酸，燃料电池的隔膜如全氟磺酸膜电池的隔膜如全氟磺酸膜交换）。等方面得到应交换）。等方面得到应用。用。（3）选择性吸附）选择性吸附a、选择吸附与固体类似的溶质（晶体扩充）、选择吸附与固体类似的溶质（晶体扩充）b、选择易在固体表面生成难溶化含物的离子。如当、选择易在固体表面生成难溶化含物的离子。如当KI过量过量吸附吸附I-，当当AgNO3过量，吸附过量，吸附Ag+。离子交换离子交换已在分离（如含磺酸基的交联聚苯乙烯树325.自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附大分子化合物在固液界面的吸附在分散体系的稳定和聚凝作大分子化合物在固液界面的吸附在分散体系的稳定和聚凝作用中有广泛的应用。用中有广泛的应用。特点：特点：大分子在固液界面上可有多种构型，故吸附平衡大分子在固液界面上可有多种构型，故吸附平衡慢。慢。分子量大，形状可变，可发生多点吸附，且脱附慢。分子量大，形状可变，可发生多点吸附，且脱附慢。（1）、）、吸附等温式吸附等温式为为大分子大分子化合物的链节数，化合物的链节数，C为平衡浓度，为平衡浓度，为覆盖度为覆盖度（2）、）、影响吸附的因素影响吸附的因素1）吸附速度吸附速度由于大分子分子量大，扩散慢，且吸附时常伴随着分子构型的由于大分子分子量大，扩散慢，且吸附时常伴随着分子构型的变化，故其吸附速度慢，这就给讨论大分子吸附带来困难。变化，故其吸附速度慢，这就给讨论大分子吸附带来困难。5.自大分子溶液中的吸附大分子化合物在固液界面的吸附在分33自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附2）分子量的影响分子量的影响对孔性固体，对孔性固体，分子量增加，吸附量减少。分子量增加，吸附量减少。对大孔或非孔固体对大孔或非孔固体=1只有只有1个吸附点个吸附点=0表表示大分子完全平躺。示大分子完全平躺。s=KM，s=KM，s与与M成成正正比比；当当=0，s与与M无关，无关，s=K。3）溶剂的影响溶剂的影响在良溶剂中，大分子较伸展，吸附量减少。在良溶剂中，大分子较伸展，吸附量减少。若溶剂产生竞争吸附，吸附量减少。若溶剂产生竞争吸附，吸附量减少。自大分子溶液中的吸附2）分子量的影响34自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附4）温度的影响温度的影响存在着温度升高使吸附量下降和温度升高使吸附量升高两存在着温度升高使吸附量下降和温度升高使吸附量升高两种情况。第二种情况种情况。第二种情况可认为吸附是吸热过程可认为吸附是吸热过程Ho，但，但G0，故，故S必大于零，这可认为大分子的吸附顶替了固体必大于零，这可认为大分子的吸附顶替了固体表面上的溶剂分子（第一种情况表面上的溶剂分子（第一种情况可认为是焓控制）。可认为是焓控制）。5）吸附剂性质的影响吸附剂性质的影响主要是表面的化学性质、比表面和孔性的影响。主要是表面的化学性质、比表面和孔性的影响。如弱氧化的炭黑比强氧化的炭黑可易吸附非极性大分子，如弱氧化的炭黑比强氧化的炭黑可易吸附非极性大分子，当表面化学性质相同时，表面积增加，吸附量增加。当表面化学性质相同时，表面积增加，吸附量增加。同样的孔径，低分子量大分子易被吸附，而高分子量大分同样的孔径，低分子量大分子易被吸附，而高分子量大分子则较难。子则较难。自大分子溶液中的吸附4）温度的影响356.表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附（1）、）、吸附等温线吸附等温线主要有三种形式主要有三种形式L型型S型型LS型型出现最高点是存在少量高活性杂质，在形成胶团前，杂质出现最高点是存在少量高活性杂质，在形成胶团前，杂质的吸附使吸附量偏大，形在胶团后杂质加溶其中，使杂质浓的吸附使吸附量偏大，形在胶团后杂质加溶其中，使杂质浓度下降。度下降。（2）、）、影响因素影响因素1）表面活性剂的性质表面活性剂的性质一般固体在水中表面上大多带负电，因此，更易吸附阳离一般固体在水中表面上大多带负电，因此，更易吸附阳离子表面活性剂。子表面活性剂。表面活性剂链长增加，吸附越易，这是因为链长增加，极表面活性剂链长增加，吸附越易，这是因为链长增加，极性减少，在水中溶解度低，而对聚氧乙烯型表面活性剂，链性减少，在水中溶解度低，而对聚氧乙烯型表面活性剂，链长增加极性增加，结果相反长增加极性增加，结果相反。6.表面活性剂在固液界面上的吸附（1）、吸附等温线36表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附2）固体的性质固体的性质固体可分为带电、极性和非极性，若固体表面带固体可分为带电、极性和非极性，若固体表面带电，易吸附反离子表面活性剂，如硅酸带负电，易电，易吸附反离子表面活性剂，如硅酸带负电，易吸附阳离子表面活性剂，而对阴离子表面活性剂则吸附阳离子表面活性剂，而对阴离子表面活性剂则起排斥作用，极性固体表面遵循相似相吸原则。起排斥作用，极性固体表面遵循相似相吸原则。聚氧乙烯型非离子表面活性剂可以通过分子中的聚氧乙烯型非离子表面活性剂可以通过分子中的氧与硅酸表面的羟基形成氢键而被吸附。氧与硅酸表面的羟基形成氢键而被吸附。3）温度温度对离子型活性剂，温度升高使吸附量下对离子型活性剂，温度升高使吸附量下降，这可从溶解度随温度变化解释。降，这可从溶解度随温度变化解释。表面活性剂在固液界面上的吸附2）固体的性质37表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附对非离子型活性剂则相反对非离子型活性剂则相反，这是因为温度升高使，这是因为温度升高使溶解度下降。溶解度下降。4）溶液的溶液的pH和离子强度和离子强度某些吸附剂的表面性质随某些吸附剂的表面性质随pH而变化，可从原来而变化，可从原来的电性变为相反的电性。因此，表面电性的改变的电性变为相反的电性。因此，表面电性的改变对不同类型的表面活性剂的吸附产生不同影响。对不同类型的表面活性剂的吸附产生不同影响。加入中性无机盐将改变溶液的离子强度，一般加入中性无机盐将改变溶液的离子强度，一般情况下，将使吸附量上升，吸附等温线向低浓度情况下，将使吸附量上升，吸附等温线向低浓度方向移动。方向移动。表面活性剂在固液界面上的吸附对非离子型活性剂则相反，这是38表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附（3）、）、吸附层性质吸附层性质1）润湿性润湿性一旦表面活性剂在固体表面形成吸附层，憎水一旦表面活性剂在固体表面形成吸附层，憎水固体表面通过吸附，将改善其润湿性，如石蜡对固体表面通过吸附，将改善其润湿性，如石蜡对水的接触角大于水的接触角大于100，而对表面活性剂的接触角，而对表面活性剂的接触角降至降至0，同样，固体亦可通过表面吸附使之变为，同样，固体亦可通过表面吸附使之变为憎水，而一些亲水固体表面通过活性剂的吸附后会憎水，而一些亲水固体表面通过活性剂的吸附后会先憎水再变为亲水，这预示着吸附层结构发生变先憎水再变为亲水，这预示着吸附层结构发生变化。化。表面活性剂在固液界面上的吸附（3）、吸附层性质397.固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用2）表面增溶表面增溶当表面吸附达到一定程度后，会把一些不具有当表面吸附达到一定程度后，会把一些不具有吸附能力的物质带入吸附层，这称为表面加溶。吸附能力的物质带入吸附层，这称为表面加溶。固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用（1）、）、水处理水处理对有阳离子的废水，如电镀废水，可采用硅对有阳离子的废水，如电镀废水，可采用硅土及某些粘土等吸附。土及某些粘土等吸附。对水的软化，脱盐，常用离子交换吸附对水的软化，脱盐，常用离子交换吸附7.固液界面吸附的应用2）表面增溶40固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用2RNa+CaCl2R2Ca+2NaCl软化软化2RH+CaCl2R2Ca+2HCl脱盐脱盐ROH+HClRCl+H2O用酸再生用酸再生R2Ca+2HCl2RH+CaCl2用碱再生用碱再生RCl+KOHROH+KCl经脱盐处理过的水称为经脱盐处理过的水称为“去离子水去离子水”。固液界面吸附的应用2RN41固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用（2）洗涤洗涤主要作用主要作用a、当表面活性剂浓度远大于、当表面活性剂浓度远大于CMC时，以增溶时，以增溶方式去降固体表面的油污。方式去降固体表面的油污。b、当表面活性剂的、当表面活性剂的HLB值适合于形成值适合于形成O/W乳状液时可使乳状液时可使油污被乳化。油污被乳化。c、润湿、润湿若洗涤剂可良好润湿底物，则可将油污从底物表若洗涤剂可良好润湿底物，则可将油污从底物表面置换除去。若污垢为固体，则应设法减少面置换除去。若污垢为固体，则应设法减少垢垢-水和水和底底-水以使水以使G变得更负，变得更负，G=垢垢-水水+底底-水水-垢垢-底底2、选矿、选矿矿物矿物+表面活性剂表面活性剂吸附吸附固液界面吸附的应用（2）洗涤42