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技術(shù)問答

活性炭在儲氫技術(shù)中的吸附原理

發(fā)布時間:2020-05-13點(diǎn)擊:次

活性炭是多孔炭的代表,具有各種各樣的形態(tài),如:粉末狀、顆粒狀、纖維狀等。通過對含碳材料進(jìn)行高溫和活化劑(如氧化性氣體和化學(xué)活化劑)反應(yīng)處理,從而賦予炭材料發(fā)達(dá)的微細(xì)孔,使得活性炭材料具有更大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu),這種材料通常作為儲能材料的優(yōu)良吸附劑。

那么,活性炭在儲氫技術(shù)中的吸附原理是什么?下面我們一起了解下活性炭在儲氫技術(shù)中的吸附原理。

吸附是物質(zhì)在相的界面上濃度發(fā)生變化的現(xiàn)象。物質(zhì)在表面層的濃度大于內(nèi)部濃度的吸附稱為正吸附,反之,表面層的濃度小于內(nèi)部濃度的吸附稱為負(fù)吸附。已被吸附的原子或分子,返回到氣相中的現(xiàn)象稱為解吸或脫附。

吸附作用僅僅發(fā)生在兩相交界面上,它是一種表面現(xiàn)象。一切固體都具有不同程度的將周圍介質(zhì)的分子、原子或離子吸附到自己表面上的能力。固體表面之所以能夠吸附其他介質(zhì),就是因為固體表面具有過剩的能量,即表面自由焓。吸附其他物質(zhì)是朝向減低表面自由焓的方向進(jìn)行的,它是一個自發(fā)過程。

在物理吸附過程中,吸附劑與吸附質(zhì)表面之間是范德華力。當(dāng)吸附質(zhì)和吸附劑分子的間距大于二者零位能的分子間距時,范德華力發(fā)生作用,使吸附質(zhì)分子落入吸附劑分子的淺位阱qp處,放出吸附熱,發(fā)生物理吸附。

發(fā)生化學(xué)吸附時,被吸附分子與吸附劑表面原子發(fā)生化學(xué)作用,這是生成表面絡(luò)合物的過程。當(dāng)一個正常的不作表面運(yùn)動的氣體分子和固體吸附劑發(fā)生碰撞時,如果所發(fā)生的是非彈性碰撞,則氣相和固相均發(fā)生不可察覺的變化。化學(xué)變化的起因是非彈性碰撞和俘獲。氣相分子向固相轉(zhuǎn)移能量,是導(dǎo)致非彈性碰撞的直接原因,而固體表面勢阱的存在是非彈性碰撞存在的先決條件。當(dāng)氣態(tài)分子與表面碰撞損失的能量超過某一個臨界值之后,分子將沒有能力爬出表面勢阱而被俘獲。被俘獲的分子就在固體表面進(jìn)行一系列變化,如:表面遷移、表面重構(gòu)、吸附態(tài)的轉(zhuǎn)變等,從而發(fā)生化學(xué)吸附。在化學(xué)吸附中,吸附質(zhì)和吸附劑之間產(chǎn)生離子鍵、共價鍵等化學(xué)鍵。它們比范德華力大1-2個數(shù)量級。因此,吸附質(zhì)分析需要克服淺位阱qp和深位阱qc之間的位壘Ea,也就是化學(xué)吸附的活化能,然后進(jìn)入深位阱qc。此時吸附反應(yīng)將能放出較大的化學(xué)熱而產(chǎn)生化學(xué)吸附。

物理吸附的特點(diǎn)是,吸附作用比較小,吸附熱小,可以對多層吸附質(zhì)產(chǎn)生作用。化學(xué)吸附的特點(diǎn)恰恰相反,它的吸附作用強(qiáng),吸附熱大,吸附具有選擇性,需要克服活化能。一般只吸附單層,吸附和解析的速度比較慢。

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