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在吸附進(jìn)行時(shí)伴隨吸附產(chǎn)生的熱量叫做吸附熱。在氣相吸附場(chǎng)合，吸附質(zhì)分子受到的束縛表示體系雜亂程度的熱力學(xué)數(shù)量的熵在減少。發(fā)生吸附時(shí)ΔG為負(fù)值，所以ΔH也應(yīng)該常常是負(fù)值。因此，氣相吸附時(shí)伴隨著發(fā)熱，發(fā)熱現(xiàn)象意味著低溫有利于增加物理吸附的吸附量。在化學(xué)吸附時(shí)，吸附量與溫度之間的關(guān)系往往有較大值和較小值。

吸附的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)ΔG、ΔS和ΔH的計(jì)算采用下述的方法：

以活性炭為吸附劑進(jìn)行溶劑回收之類(lèi)的操作時(shí)，由于發(fā)熱現(xiàn)象的存在，需要注意溫度的上升，當(dāng)溶劑中混入大量吸附熱大的雜質(zhì)時(shí)，有可能發(fā)生溫度上升，超過(guò)預(yù)料而引起設(shè)備故障。

活性炭在吸附過(guò)程中既可能發(fā)生物理吸附，也可能發(fā)生化學(xué)吸附。物理吸附受吸附劑空隙率的影響，化學(xué)吸附受吸附劑表面化學(xué)特性的影響。一般來(lái)說(shuō)，影響吸附量的主要因素有吸附劑孔的分布結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及吸附質(zhì)等。

1.孔分布結(jié)構(gòu)

顆粒狀活性炭，其孔隙結(jié)構(gòu)呈三分散系統(tǒng)，即它們的孔徑很不均勻，主要集中在三類(lèi)尺寸范圍：大孔、中孔和微孔。

大孔又稱粗孔，指半徑大于100-200nm的孔隙。在大孔中，蒸汽不會(huì)發(fā)生毛細(xì)管凝縮現(xiàn)象。大孔的內(nèi)表面與非孔型炭表面之間無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，其所占比例又很小，可以忽略它對(duì)吸附量的影響。大孔在吸附過(guò)程中起吸附通道的作用。

中孔也稱過(guò)渡孔，指蒸汽能在其中發(fā)生毛細(xì)管凝縮而使吸附等溫線出現(xiàn)滯后回線的孔隙，其有效半徑常處于2-100nm。中孔的尺寸相對(duì)大孔小很多，盡管其內(nèi)表面與非孔型炭表面之間也無(wú)本質(zhì)的差異，但由于其比表面已占一定的比例，所以對(duì)吸附量存在一定的影響。但一般情況下，它主要起粗、細(xì)吸附通道的作用。

微孔有著與被吸附物質(zhì)的分子屬同一量級(jí)的有效半徑（小于2nm），是活性炭較重要的孔隙結(jié)構(gòu)，決定其吸附量的大小。微孔內(nèi)表面因?yàn)槠湎鄬?duì)避免吸附力場(chǎng)重疊，致使它與非孔型炭表面之間出現(xiàn)本質(zhì)差異，因此影響其吸附機(jī)制。

物理吸附首先發(fā)生在尺寸較小、勢(shì)能較高的微孔中，然后逐漸擴(kuò)展到尺寸較大、勢(shì)能較低的微孔中。微孔的吸附并非沿著表面逐層進(jìn)行，而是按溶劑填充的方式實(shí)現(xiàn)，而大孔、中孔卻是表面吸附機(jī)制。所以，活性炭的吸附性能主要取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，特別是微孔結(jié)構(gòu)，存在的大量中孔對(duì)吸附也有一定的影響。

2.物理形態(tài)

活性炭的粒度大小也會(huì)影響其吸附性能。例如，用同一種活性炭從溶液中吸附同量亞甲基藍(lán)的時(shí)間，因其粒度大小而快慢不同，50-75μm的活性炭遠(yuǎn)比1-2μm的快?；钚蕴康奈剿俣扰c其大小的平方成正比，例如，粒度325目（直徑0.043mm）的活性炭要比粒度為20目（直徑為0.833mm）的吸附效果要快375倍[即等于（0.833/0.043）²]。

但是，不能認(rèn)為研細(xì)的活性炭的表面積要大于同量粒度活性炭的表面積。因?yàn)楸砻娣e存在于廣大豐富的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)中，因此，研磨不影響其表面積，但影響達(dá)到平衡吸附值的時(shí)間。

3.表面化學(xué)官能團(tuán)

活性炭的吸附特性不但取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于其表面的化學(xué)性質(zhì)，比表面積和孔結(jié)構(gòu)影響活性炭的吸附容量，而表面化學(xué)性質(zhì)影響活性炭同極性或非極性吸附質(zhì)之間的相互作用力。表面化學(xué)性質(zhì)主要由表面化學(xué)官能團(tuán)、表面雜原子和化合物確定，不同的表面官能團(tuán)、雜原子和化合物對(duì)不同的吸附質(zhì)有明顯的吸附差別。通常來(lái)說(shuō)，表面官能團(tuán)中酸性化合物越豐富，越有利于極性化合物的吸附，堿性化合物則有利于吸附弱極性或者是非極性物質(zhì)。

活性炭在適當(dāng)?shù)臈l件下經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化劑處理，可以提高其表面酸性基團(tuán)的含量，從而增強(qiáng)其對(duì)極性化合物的吸附能力。實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行強(qiáng)氧化表面處理后，對(duì)11種不同氣體和蒸汽進(jìn)行吸附，結(jié)果表明改性活性炭對(duì)苯、乙胺等的吸附容量大大降低，主要是因?yàn)榛钚蕴勘砻娼?jīng)過(guò)強(qiáng)氧化后缺失了大量的微孔；而對(duì)氨水和水的吸附能力卻大大增強(qiáng)，這主要是因?yàn)榛钚蕴勘砻嫜趸锏脑黾?。因此，隨著活性炭表面氧化物的增加，其對(duì)極性分子的化學(xué)吸附也增強(qiáng)。

通過(guò)還原劑對(duì)活性炭進(jìn)行表面還原處理，從而提高堿性基團(tuán)的相對(duì)含量，增加表面的非極性，提高活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附能力。表面還原后的活性炭，在對(duì)染料處理時(shí)表現(xiàn)出不一樣的特性。對(duì)于陰離子染料，活性炭表面堿度和吸附效果間有著密切的聯(lián)系，吸附機(jī)理是活性炭表面無(wú)氧Lewis堿位與被吸附染料的自由電子的交互作用。對(duì)于陽(yáng)離子染料，活性炭表面的含氧官能團(tuán)起到了積極的作用，可是經(jīng)過(guò)熱處理的活性炭依然對(duì)陽(yáng)離子染料有良好的吸附效果，這說(shuō)明靜電吸附和色散吸附是兩種相當(dāng)?shù)奈綑C(jī)制。

通過(guò)液相沉積的方法可以在活性炭表面引入特定的雜原子和化合物，利用這些物質(zhì)與吸附質(zhì)之間的結(jié)合作用，增加活性炭的吸附能力。在液相沉積時(shí)，浸漬劑的種類(lèi)是影響吸附效果的主要因素。針對(duì)不同的吸附質(zhì)，可以采用不同的浸漬劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理，以得到良好的吸附效果。

值得注意的是，在對(duì)活性炭進(jìn)行表面官能團(tuán)的改性時(shí)，也伴隨著表面化學(xué)性質(zhì)的變化，其表面積、孔容積以及孔徑分布都會(huì)有一定的變化，這也會(huì)影響到活性炭的吸附。所以，在進(jìn)行表面官能團(tuán)的改性時(shí)，針對(duì)不同的吸附條件和吸附質(zhì)采取不同的改性，要綜合考慮物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)雙重變化引起的影響。

4.吸附質(zhì)

活性炭的吸附效果跟吸附質(zhì)本身的性質(zhì)有著很大的關(guān)聯(lián)性。通常，在不考慮存在活性炭自身孔徑結(jié)構(gòu)對(duì)大分子的“篩濾”作用時(shí)，由于大分子物質(zhì)吸附能較高，所以大分子物質(zhì)更易被吸附。對(duì)于水體中的小分子有機(jī)物，分子量大的易被活性炭吸附。

對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物，分子量越大，其去除率就越高；而可提取有機(jī)物則恰恰相反，其吸附效果是隨著分子量的減小而增強(qiáng)。這是由于揮發(fā)性有機(jī)物的極性小，而可提取的有機(jī)物的極性比較大，由于活性炭本身的性質(zhì)，可以將其看作一個(gè)非極性吸附劑，所以更易吸附水中的非極性物質(zhì)而不易吸附極性物質(zhì)。而且，吸附質(zhì)分子的大小與活性炭呈一定的比例時(shí)，有利于吸附。

易液化或高沸點(diǎn)的氣體較易被吸附?；旌蠚怏w中，純凈狀態(tài)下易被吸附的氣體優(yōu)先被吸附。一般無(wú)機(jī)物不易被吸附，但鉬酸鹽、氯化金、氯化高汞、銀鹽和碘鹽例外。

特勞貝定律指出：水溶液的表面活性與有機(jī)溶質(zhì)的碳原子數(shù)成正比。根據(jù)吉布斯的吸附理論，越是能降低溶液表面張力的物質(zhì)就越容易被吸附。因此，可得到關(guān)于醇類(lèi)吸附量的遞增順序?yàn)椋杭状迹家掖迹急迹级〈迹肌绢?lèi)與醛類(lèi)也如此。在分子量相近的情況下，烯鍵結(jié)構(gòu)的存在有利于活性炭吸附；直鏈有機(jī)物比支鏈有機(jī)物更容易被吸附。隨著碳鏈的增長(zhǎng)，活性炭的吸附量也相應(yīng)地增加：乙酸＜丙酸＜丁酸。

5.應(yīng)用條件

活性炭的吸附性能不僅與上述幾個(gè)因素直接相關(guān)，還和其應(yīng)用條件有著密不可分的關(guān)系。

（1）溫度對(duì)吸附量的影響

目前，對(duì)于此項(xiàng)尚不能從理論上得出較圓滿的結(jié)論。根據(jù)Langmuir假設(shè)，吸附為動(dòng)態(tài)平衡反應(yīng)，溫度的變化使K值增加，說(shuō)明吸附速度也增加，達(dá)到了新的平衡，因此會(huì)改變活性炭的吸附量。飽和吸附量Xm的含義是吸附劑表面吸滿單分子層時(shí)的吸附量，所以Xm為一確定的值，不受其他因素影響。一般吸附為放熱過(guò)程，因此溫度升高使吸附量減少，吸附能力減弱。但是，實(shí)際工作體系要根據(jù)不同的情況，綜合考慮溫度的影響。

（2）壓力對(duì)吸附量的影響

壓力增高，氣體吸附量增加，尤其是對(duì)于在常壓條件下，吸附性較小的氣體，壓力的增加，對(duì)于吸附性能有積極的促進(jìn)作用，這也是變壓吸附的理論基礎(chǔ)。

（3）吸附質(zhì)的濃度對(duì)吸附量的影響

從吸附質(zhì)的性質(zhì)而言，其溶解度大小、分子極性、相對(duì)分子質(zhì)量大小對(duì)吸附性能都有一定的影響。對(duì)于同一種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，開(kāi)始時(shí)，吸附量隨著吸附質(zhì)的濃度增加而增加，呈一條直線，然后緩慢增加，達(dá)到一定的吸附量后將不再改變。分別對(duì)其用費(fèi)羅德里希公式和朗謬爾等溫吸附式處理，結(jié)果基本是一條直線，但不同的有機(jī)物與直線的吻合程度不同。

（4）pH值對(duì)吸附量的影響

pH值對(duì)不同的吸附質(zhì)的影響也是不同的。對(duì)于非離子型的吸附質(zhì)，其吸附量與pH值沒(méi)有太大的關(guān)系；對(duì)于吸附質(zhì)是陽(yáng)離子型的，其吸附量隨著pH值的升高而增加；對(duì)于吸附質(zhì)是陰離子型的，其吸附量隨著pH值的升高而減少。同時(shí)，溶液的pH值也影響活性炭表面含氧官能團(tuán)對(duì)物質(zhì)的吸附。

在使用活性炭時(shí)，要根據(jù)具體的應(yīng)用對(duì)象、工藝過(guò)程和設(shè)備等情況進(jìn)行綜合的考慮，權(quán)衡這些因素的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，尋找到一個(gè)較佳的應(yīng)用條件。