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離子交換是物理吸附嗎

發布時間:2024-10-24 08:58:10

1. 吸附機理

按吸附現象產生的原因而言,可分為物理吸附和化學吸附。凡是能吸附液態離子的固體均稱為吸附劑,其吸附能力的大小以交換容量(CEC)來表示。交換容量的大小一般與下列因素有關:①黏土礦物及有機質的交換容量大;②顆粒越小,比表面積越大,交換容量也越大;③表層土壤的交換容量與土壤中黏土礦物種類及數量有關;④固體表面電荷是pH值的函數。

1.物理吸附

固體顆粒表面帶電荷,在固液相接觸時,會發生靠固體表面靜電引力吸附液相異性離子的現象,這種現象稱為物理吸附。物理吸附的鍵聯力為靜電引力,鍵聯力較弱,因此已吸附在顆粒表面的離子,在一定條件下,可被液體中另一種離子所替換,所以物理吸附也稱為離子交換。被吸附離子的電性,取決於表面電荷的電性,顆粒表面帶負電荷,吸附陽離子,稱為陽離子吸附,或陽離子交換;顆粒表面帶正電荷,吸附陰離子,稱為陰離子吸附或陰離子交換。物理吸附是一種可逆反應,可用質量作用定律來描述。

按其電荷的性質可分為永久電荷和可變電荷。永久電荷是礦物晶格內的同晶替代所產生的電荷。例如,黏土礦物的結構為硅四面體和鋁八面體,四面體內的硅和八面體內的鋁均可被與其直徑大小相近的離子所替代;四價的Si4+可被三價的Al3+替代,而三價的Al3+可被二價的Mg2+替代,這樣的結果,使顆粒表面電荷產生了不均衡,使其呈現出負電性。由於同晶替代是在黏土礦物形成時產生的,並且是在黏土晶格的內部,因此一旦產生這種替代作用,電荷就不會改變,具有永久性質,故稱永久電荷。蒙脫石和伊利石的同晶替代較多,所以它們的表面電荷以永久電荷為主;而高嶺石則不同,它的同晶替代少,其主要的表面電荷另有來源。

可變電荷是顆粒表面產生化學解離形成的,其表面電荷的性質(正電荷或負電荷)及數量往往隨介質pH值的改變而變化,所以稱為可變電荷。

2.化學吸附

化學吸附不是依賴於靜電引力,液相中的離子是靠鍵力強的化學鍵(如共價鍵)結合到固體顆粒表面,被吸附的離子進入顆粒的結晶格架,成為晶格的一部分,它不可能再返回溶液,是一種不可逆反應,這種現象也稱為特殊吸附。產生化學吸附的一個基本條件是,被吸附離子直徑與晶格中網穴的直徑大致相等,例如,K+的直徑為266pm,硅鋁酸鹽膠體晶格網穴直徑為280pm,它們的直徑大致相等,所以K+可被吸附到膠體的晶格里。

在實際研究中,要區分物理吸附及化學吸附十分困難,而物理吸附要比化學吸附普遍。因此,目前研究最多的是物理吸附。

2. 黏土的吸附和水化作用

泥漿中黏土顆粒和分解介質水的界面上,自動濃集介質中分子或離子的現象稱為黏土的吸附。由於黏土顆粒表面通常帶有負電荷,因而能吸附介質中的各種水化陽離子,使黏土顆粒表面形成一層具有一定厚度的水化膜,這種現象叫作黏土的水化作用。黏土的吸附和水化作用是使泥漿分散體系穩定的重要因素。用不同的化學處理方法調節,控制其吸附與水化作用,可以獲得不同性能的各種類型的泥漿。

(一)黏土的吸附性能

泥漿中黏土的吸附,和其他許多物體的吸附一樣,可以分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附三種。

物理吸附是分子間相互作用力所產生的吸附,是由於表面分子具有表面能所引起的。其吸附力弱並易解吸,且吸附速度快。泥漿中黏土顆粒與處理劑分子或離子之間廣泛存在著物理吸附現象。

化學吸附是吸附物質間存在化學鍵力的吸附,其吸附力強。不易解吸,吸附速度較慢。化學吸附也廣泛存在於泥漿中。

離子交換吸附是物理-化學吸附,泥漿中廣泛存在。是黏土在泥漿中的主要吸附作用,是進行泥漿化學處理和性能調整的依據。由於黏土顆粒表面帶負電荷,能吸附陽離子,並且所吸附的陽離子是可以交換的,即和泥漿中存在的其他陽離子進行交換,且這種交換是可逆的。黏土顆粒吸附陽離子的屬性,數量(交換容量)等對黏土顆粒在泥漿中的分散和穩定有很重要的影響。

(二)黏土的水化作用

黏土的水化作用是指泥漿中黏土顆粒表面吸附分子的狀態和能力。黏土顆粒表面可以直接吸附極性水分子——吸附水。更主要的是黏土顆粒表面帶負電荷、能吸附分散在泥漿中的大量陽離子來實現水化,使黏土顆粒表面形成一層水化膜,從而產生水化作用。

黏土的水化作用是影響水基泥漿性能的重要因素,泥漿中黏土顆粒的分散穩定與凝聚沉澱,在很大程度上取決於黏土顆粒的水化作用的強弱。

(三)泥漿中黏土顆粒表面的雙電層

黏土顆粒在水中,其表面所帶的負電荷能產生電場,通過靜電作用可把交換性陽離子吸引在它的周圍形成雙電層。黏土顆粒周圍所吸附的陽離子只有一部分同黏土顆粒一起運動,這部分同黏土吸引得比較牢固的陽離子層,稱為吸附層;另一部分陽離子距離黏土顆粒稍遠,不隨著一起運動,這部分陽離子所在的層位叫作擴散層。

泥漿中黏土顆粒表面的雙電層理論是用電解質進行泥漿化學處理的理論基礎。

3. 有機污染物的吸附包括哪兩個過程

包括物理吸附、靜電吸附和離子交換吸附等吸附過程。
物理吸附
物理吸附是被吸附的流體分子與固體表面分子間的作用力為分子間吸引力,即所謂的范德華力(Van der waals)。因此,物理吸附又稱范德華吸附,它是一種可逆過程。當固體表面分子與氣體或液體分子間的引力大於氣體或液體內部分子間的引力時,氣體或液體的分子就被吸附在固體表面上。從分子運動觀點來看,這些吸附在固體表面的分子由於分子運動,也會從固體表面脫離而進入氣體(或液體)中去,其本身不發生任何化學變化。隨著溫度的升高,氣體(或液體)分子的動能增加,分子就不易滯留在因體表面上,而越來越多地逸入氣體(或液體 中去,即所謂「脫附」。這種吸附—脫附的可逆現象在物理吸附中均存在。工業上就利用這種現象,借改變操作條件,使吸附的物質脫附,達到使吸附劑再生,回收被吸附物質而達到分離的目的。物理吸附的特徵是吸附物質不發生任何化學反應,吸附過程進行得極快,參與吸附的各相間的平衡瞬時即可達到。
靜電吸附
靜電吸附則是物體帶有不同的電性,異性相吸原理。
離子交換吸附
離子交換吸附根據不同的要求選擇不同的假虎吸附劑。

4. 表面絡合吸附和離子交換吸附哪個能力大

表面吸附作用指的是在固體表面有吸附水中溶解及膠體物質的能力,比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附劑。吸附可分為物理吸附和化學吸附。如果吸附劑與被吸附物質之間是通過分子間引力(即范德華力)而產生吸附,稱為物理吸附;如果吸附劑與被吸附物質之間產生化學作用,生成化學鍵引起吸附,稱為化學吸附。離子交換實際上也是一種吸附。物理吸附和化學吸附並非不相容的,而且隨著條件的變化可以相伴發生,但在一個系統中,可能某一種吸附是主要的。

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