⑴ 吸附机理
按吸附现象产生的原因而言,可分为物理吸附和化学吸附。凡是能吸附液态离子的固体均称为吸附剂,其吸附能力的大小以交换容量(CEC)来表示。交换容量的大小一般与下列因素有关:①黏土矿物及有机质的交换容量大;②颗粒越小,比表面积越大,交换容量也越大;③表层土壤的交换容量与土壤中黏土矿物种类及数量有关;④固体表面电荷是pH值的函数。
1.物理吸附
固体颗粒表面带电荷,在固液相接触时,会发生靠固体表面静电引力吸附液相异性离子的现象,这种现象称为物理吸附。物理吸附的键联力为静电引力,键联力较弱,因此已吸附在颗粒表面的离子,在一定条件下,可被液体中另一种离子所替换,所以物理吸附也称为离子交换。被吸附离子的电性,取决于表面电荷的电性,颗粒表面带负电荷,吸附阳离子,称为阳离子吸附,或阳离子交换;颗粒表面带正电荷,吸附阴离子,称为阴离子吸附或阴离子交换。物理吸附是一种可逆反应,可用质量作用定律来描述。
按其电荷的性质可分为永久电荷和可变电荷。永久电荷是矿物晶格内的同晶替代所产生的电荷。例如,黏土矿物的结构为硅四面体和铝八面体,四面体内的硅和八面体内的铝均可被与其直径大小相近的离子所替代;四价的Si4+可被三价的Al3+替代,而三价的Al3+可被二价的Mg2+替代,这样的结果,使颗粒表面电荷产生了不均衡,使其呈现出负电性。由于同晶替代是在黏土矿物形成时产生的,并且是在黏土晶格的内部,因此一旦产生这种替代作用,电荷就不会改变,具有永久性质,故称永久电荷。蒙脱石和伊利石的同晶替代较多,所以它们的表面电荷以永久电荷为主;而高岭石则不同,它的同晶替代少,其主要的表面电荷另有来源。
可变电荷是颗粒表面产生化学解离形成的,其表面电荷的性质(正电荷或负电荷)及数量往往随介质pH值的改变而变化,所以称为可变电荷。
2.化学吸附
化学吸附不是依赖于静电引力,液相中的离子是靠键力强的化学键(如共价键)结合到固体颗粒表面,被吸附的离子进入颗粒的结晶格架,成为晶格的一部分,它不可能再返回溶液,是一种不可逆反应,这种现象也称为特殊吸附。产生化学吸附的一个基本条件是,被吸附离子直径与晶格中网穴的直径大致相等,例如,K+的直径为266pm,硅铝酸盐胶体晶格网穴直径为280pm,它们的直径大致相等,所以K+可被吸附到胶体的晶格里。
在实际研究中,要区分物理吸附及化学吸附十分困难,而物理吸附要比化学吸附普遍。因此,目前研究最多的是物理吸附。
⑵ 吸附种类和吸附机理
按吸附现象产生的原因而言,可分为物理吸附及化学吸附。
(一)物理吸附
固体颗粒表面电荷的不均衡,往往使其带电荷。按其电荷的性质可分为永久电荷和可变电荷。
永久电荷是矿物晶格内的同晶替代所产生的电荷。例如,粘土矿物的结构为硅四面体和铝八面体,四面体内的硅和八面体内的铝均可被与其直径大小相近的离子所替代;四价的Si4+可被三价的Al3+所替代,而三价的Al3+可被二价的Mg2+所替代,这样的结果,使颗粒表面电荷产生了不均衡,使其呈现出负电性。由于同晶替代是在粘土矿物形成时产生的,并且是在粘土晶格的内部,因此一旦产生这种电荷就不会改变,具有永久性质,故称永久电荷。蒙脱石和伊利石的同晶替代较多,所以它们的表面电荷以永久电荷为主;而高岭石则不同,它的同晶替代少,其主要的表面电荷另有来源。
可变电荷是颗粒表面产生化学解离形成的,其表面电荷的性质(正电荷或负电荷)及数量往往随介质的pH值的改变而变化,所以称为可变电荷。例如某些胶体颗粒表面分子或原子团的解离:
(1)二氧化硅胶体和含水二氧化硅胶体的解离
水文地球化学基础
(2)粘土矿物颗粒晶面上的OH基中H+的解离
水文地球化学基础
高岭石晶体表面的OH基较多,所以它的表面电荷以可变电荷为主。
(3)氢氧化铁及氢氧化铝表面分子OH基的解离
Fe(OH)3→Fe(OH)2--+OH-
A1(OH)3→Al(OH)2++H+
(4)腐殖质上某些原子团的解离
水文地球化学基础
上述谈到颗粒表面电荷形成的机理。由于固体颗粒表面带电荷,所以在固液相接触时。便会发生靠固体表面静电引力吸附液相异性离子的现象,这种现象称为物理吸附。
物理吸附的特点是,其吸附的键联力为静电引力,键联力较弱,因此已吸附在颗粒表面的离子,在一定条件下,可被液体中另一种离子所替换,所以物理吸附也称为“离子交换”。被吸附离子的电性,取决于表面电荷的电性,颗粒表面带负电荷,吸附阳离子,称为阳离子吸附,或阳离子交换;颗粒表面带正电荷,吸附阴离子,称为阴离子吸附,或阴离子交换。物理吸附这个表面反应是一种可逆反应,可用质量作用定律来描述。
(二)化学吸附
化学吸附不是依赖于静电引力发生的,液相中的离子是靠键力强的化学键(如共价键)结合到固体颗粒表面的;被吸附的离子进入颗粒的结晶格架,成为晶格的一部分,它不可能再返回溶液,是一种不可逆反应。这种现象也称为“特殊吸附”。产生化学吸附的一个基本条件是,被吸附离子直径与晶格中网穴的直径大致相等,例如,K+的直径为266pm(2.66Å),硅铝酸盐胶体晶格网穴直径为280pm(2.80Å),它们的直径大致相等,所以K+可被吸附到胶体的晶格里。
在实际研究中,要区分物理吸附及化学吸附是十分困难的;而物理吸附要比化学吸附普遍。因此,目前研究最多的是物理吸附,而且物理吸附的研究,实际上也包括化学吸附在内,因为两者很难区分。特别是地下水污染中污染物的研究更是如此。
⑶ 吸附原理是
固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附,将在第二节中讨论。
物理吸附和化学吸附并非不相容的,而且随着条件的变化可以相伴发生,但在一个系统中,可能某一种吸附是主要的。在污水处理中,多数情况下,往往是几种吸附的综合结果。一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用的公式有二:弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式,朗格缪尔(Langrnuir)吸附等温式。
⑷ 吸附法和离子交换法异同
吸附法有物理吸附和化学吸附之分,物理吸附如活性炭,把待吸附物吸附在本身的表面,但是可逆过程,化学吸附是通过化学反应将待吸附物吸附,是不可逆的。而离子交换是在溶液或某种介质下两种物质中得离子发生交换,达到去除某种离子的目的
⑸ 在重金属吸附中,离子交换是物理吸附还是化学吸附
如果是离子的话,应该算是化学里面的氧化还原反应。或者说是置换反应。在高中的化学课本中,有大量的这类实验,比如通电在电解液中,得到某种单质,或者直接进行置换得到单质。
⑹ 离子交换树脂和吸附树脂的结构有什么区别
离子交换树脂出三部分组成:一是网状结构的高分子骨架.二是连接在骨架上的功能基团,三是和功能基带相反电荷的可交换离子。三者互为依存、统一于每粒离子交换的珠体之中。离于交换树脂作为商品,它在运输、贮藏和使用时往往部含一定量的水份,因此水分子充满于每粒离子交换树脂的骨架、功能基和反离子之间。
采用常规的悬浮聚合方法,可制得凝胶型的离子交换树脂,产品一般是透明的、无孔的,树脂吸水后树脂相内产生微孔。采用制孔技术可制得大孔型离子交换树脂,它不同于凝胶树脂,不论大孔树脂是处于干态或湿态、收缩或溶胀,都存在着比凝胶型树脂更多、更大的孔道,比表面也就更大,有利于离子的迁移扩散,提高交换速率和工作效率
与离子交换树脂相比较,吸附树脂的组成中不存在功能基及功能基的反离子,它类似于不含功能基及功能基反离子的大孔树脂,在制造时往往投入更多的交联剂和更严格地选用致孔剂,以合成具有更大比表而积的不同孔径、不同孔容和不同比表面积的吸附树脂。
根据所带的功能基的特性,离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和其它树脂。带有酸性功能基、并能与阳离子进行交换的称为阳离子交换树脂,带有碱性功能基并能与阴离子进行交换的称为阴离子交换树脂。基于功能基上酸、碱有强弱之分,离子交换树脂又可细分为强酸性(一SO,H)、中强酸(一PO(OH))及弱酸性(—COOH)、强碱(一N+R,Cl)、弱碱性(一NH,,—NRH,-NR)离子交换树脂。在强碱性离子交换树脂中将含有[(N+(CH2)C1)]的树脂叫强碱I型树脂,含有[(N+(CH3)2(CH,CH,0HD]的树脂叫强碱Ⅱ型树脂。带有鳌合基、氧化还原基、阳阴两性基的树脂;分别称为鳌合树脂、氧化还原树脂和两性树脂。上述树脂通常都用酸、碱、盐再生,而弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生,故弱酸弱碱的两性树脂又称热再生树脂.
吸附树脂可以大体上分为非极性吸附剂、中极性和强极性吸附剂三大类。非极性吸附树脂是偶极矩很小的单体聚合制得并不带任何功能基的吸附树脂。苯乙烯——二乙烯苯体系的吸附剂是非极性吸附树脂的代表。这类非极性吸附树脂的孔表面的疏水性很强,最适于从极性溶剂(如水)中吸附非极性的有机物。中极性吸附材脂是含酯基的吸附树脂。例如,丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与双甲基丙烯酸乙二醇酯等交联剂共聚的吸附剂,其孔表面疏水和亲水部分共有,既可用于极性溶剂中吸附非极性物质,也可用于非极性溶剂中吸附极性物质。强极性(或称极性)吸附树脂是指含酰氨基、氰基、酚羟基等极性功能基的吸附树脂,它适用于非极性溶剂中吸附极性物质。有时,将含氮、氧、硫等配体的离子交换树脂也称为强极性吸附树脂,因此,离子交换树脂和强极性吸附树脂之间没有严格的界限。
⑺ 有机污染物的吸附包括哪两个过程
包括物理吸附、静电吸附和离子交换吸附等吸附过程。
物理吸附
物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力,即所谓的范德华力(Van der waals)。因此,物理吸附又称范德华吸附,它是一种可逆过程。当固体表面分子与气体或液体分子间的引力大于气体或液体内部分子间的引力时,气体或液体的分子就被吸附在固体表面上。从分子运动观点来看,这些吸附在固体表面的分子由于分子运动,也会从固体表面脱离而进入气体(或液体)中去,其本身不发生任何化学变化。随着温度的升高,气体(或液体)分子的动能增加,分子就不易滞留在因体表面上,而越来越多地逸入气体(或液体 中去,即所谓“脱附”。这种吸附—脱附的可逆现象在物理吸附中均存在。工业上就利用这种现象,借改变操作条件,使吸附的物质脱附,达到使吸附剂再生,回收被吸附物质而达到分离的目的。物理吸附的特征是吸附物质不发生任何化学反应,吸附过程进行得极快,参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。
静电吸附
静电吸附则是物体带有不同的电性,异性相吸原理。
离子交换吸附
离子交换吸附根据不同的要求选择不同的假虎吸附剂。
⑻ 吸附法和离子交换法
以各类阴、阳离子交换树脂为固定相的离子交换法,以萃淋树脂为固定专相的萃淋法,以螯合树属脂、螯合纤维、活性炭、聚氨酯泡沫塑料、巯基棉及黄原脂棉等固定相的螯合-吸附法以广泛用于贵金属的分离与富集。
在HCl介质中,贵金属氯配阴离子与阴离子交换树脂相互作用的强度决定于配阴离子的电荷数,其中双电荷的[PtCl4]2-、[PdCl4]2-、[PtCl6]2-、[IrCl6]2-、[RuCl6]2-、[OsCl6]2-牢固地吸附于树脂上,而三电荷的[IrCl6]3-、[RhCl6]3-、[RuCl6]3-仅有很弱的亲和力。铑、钌的配合物。由于其配合物在溶液中电荷的可变性,因此它们的吸附强度也随其电荷数而变化。在实际应用中应考虑这一特性。
⑼ 酶的固定化方法有很多种,请简述物理吸附法与离子吸附法之间的异同点
酶的固定化方法大致可分为4类。
① 吸附法:通过物理吸附或静电引力将酶吸附在活性炭、 氧化铝、离子交换树脂等具有活泼表面的载体上。优点 是简便。缺点是结合不牢,使用中容易脱落。
②共价 法:通过酶分子上的官能团,如氨基、竣基、经基、酚 基、琉基、咪哇基,将酶分子通过共价键结合于天然或 合成高聚物载体上。优点是酶与载体结合牢固,酶分子 不会脱落。缺点是反应条件较剧烈,酶的活性较低。
③ 交联法:利用双官能团试剂如戊二醛等,将酶分子交联 起来,使之成为网状结构而不溶于水。
④包埋法:将酶 分子包埋在凝胶的网格中或微型胶囊中。
⑽ 什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用
表面吸附作用来指的是在固体源表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附。物理吸附和化学吸附并非不相容的,而且随着条件的变化可以相伴发生,但在一个系统中,可能某一种吸附是主要的。