吸附剂与吸附理论

当固体表面暴露于气体或液体中时就会发生吸附现象，吸附表现为在界面附近物质的富集或流体密度的增加。

人们很早就知道，木炭能够吸附大量的气体，具有吸湿、吸臭的性能。如在湖南长沙马王堆一号坟墓里就发现了用木炭作为防腐剂和吸湿剂的。日常生活中空气净化用的活性炭主要就是利用的吸附作用。

近年来，吸附剂被广泛用作干燥剂、催化剂或催化剂载体，在混合物分离或纯化、气体储存、净化液体、药物缓释、污水处理、空气净化以及呼吸防护等方面应用广泛，此外，在许多固态反应和生物机理中发挥重要作用。

吸附知识普及

吸附是物质从体相浓集到界面上的一种性质。如，气相中的某些物质可以在固体表面上浓集；液体中某些物质可以在气/液界面、液/液界面和固/液界面上浓集。

通常把能有效吸附其他物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。

依据吸附剂与吸附质之间作用力的性质，吸附作用可分为物理吸附和化学吸附。

“吸附”和“解吸”两个词通常能够指示平衡达到的方向。

“吸附滞后”是指吸附和解吸达到一个给定的平衡压或体积浓度时，吸附量并没有达到相同水平。在常温下，吸附量和平衡压（或浓度）之间的相关性，即“吸附等温线”。

所有的工业吸附剂都具有大的比表面积，并且是多孔或具有精细颗粒的物质。吸附方法是测定精细粉末和多孔固体的表面积和孔径分布时广泛采用的一种通用方法。

气/固体系的实验吸附等温线具有各种特征的形状。这些形状非常重要，因为它们能够提供吸附剂孔结构的初步有用信息，甚至不需要任何精确的计算。在一个扩展的IUPAC 分类方法中，大部分蒸汽等温线可以被划分为以下九类。

吸附剂的类型

▍活性炭、氧化铝和硅胶为较老的工业吸附剂，目前仍在大量生产与使用，但其通常为非晶结构，难以表征。

▍沸石、磷酸铝和金属有机框架（MOF）化合物等，具有晶体内孔结构的模型吸附剂，孔径可控，制备方便。

▍设计更多具有精细的孔大小和形状的新型有序结构（比如介孔碳和金属氧化物）是未来的发展趋势。

吸附的发展历程

1773 年，Scheele 最早开始定量研究木炭的吸附。

1785 年，俄国化学家Lowitz 最早研究了木炭的脱色性质。

1802 年，Leslie发现，向粉末中加入液体能够产生热。

1814 年，de Saussure 发现了气体吸附的放热性质。

1843年，Mitscherlich认为多孔炭中吸附的气体量可能与气体在液态的量相当。

1854年起，Favre 研究了“气体对固体的润湿性”，运用吸附量热法来验证各种气体在木炭上的吸附热大于液化热。

1879—1881年，Chappuis 和 Kayser首次将气体的吸附量与气压联系起来。

1881年，Kayser 引入了“吸附”的概念。van Bemmelen 报道了第一个液体等温线。

随后，“等温”和“等温曲线”也开始出现在常温下的吸附测量结果中。

1894年，Gore认为固/液吸附过程产生的热量与粉末的表面积有关。

1915年，Gurvich提出固/液吸附产生的热量还与液体的极性以及粉末的性质有关。

1907 年， Freundlich 提出了一个等温线的总的数学式，即“Freundlich 吸附方程”。

20 世纪初期，人们对气体吸附展开了各种各样的定量测量。

1937年，Emmett 和 Brunauer 开始根据研究多层吸附。

1938 年，BET 理论的正式发表，开启了多层吸附的研究新阶段。

1932 年，Taylor 引入了“活化吸附”的概念。

1960，Dubinin 提出微孔、中孔和大孔这一孔的分类标准。

现在，各种先进的光谱、显微技术和散射技术被应用于研究吸附质的状态和吸附剂的微观结构。而且，对等温线和吸附能量数据的实验测量、对模型物理吸附的计算模拟以及对密度泛函理论（DFT）的应用方面，也都获得了巨大进步。

计算化学已经成为研究多孔固体材料吸附科学的一个组成部分。分子建模经常与量子化学方法相互结合，从体系的电子水平上，深入理解实验难以解决的微观吸附机理。

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