第一节 吸附
（3）交换吸附 吸附表面如为极性分子或离子所组成， 则它会吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层，这种 吸附称为极性吸附。同时在吸附剂与溶液间发生离子交换， 即吸附剂吸附离子后，同时要向溶液中放出相应摩尔数的 离子。离子的电荷是交换吸附的决定性因素，离子所带电 荷越多，它在吸附表面的相反电荷点上的吸附能力就越强。
第五章吸附及离子交 换
吸附及离子交换技术
第一节 吸附 第二节 离子交换基本原理 第三节 离子交换树脂 第四节 离子交换工艺 第五节 离子交换技术的工业应用 第六节 离子交换技术的发展
第一节 吸附
一、吸附的基本原理
1．吸附的类型
根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可 将吸附分成物理吸附、化学吸附和交换吸附三种类型。
第一节 吸附
（2）诱导力 极性分子与非极性分子之间的吸引力属于诱 导力。极性分子产生的电场作用会诱导非极性分子极化，产 生诱导偶极距，因此两者之间互相吸引，产生吸附作用。诱 导力与温度无关。
（3）色散力 非极性分子之间的引力属于色散力。当分子 由于外围电子运动及原子核在零点附近振动，正负电荷中心 出现瞬时相对位移时，会产生快速变化的瞬时偶极距，这种 瞬时偶极距能使外围非极性分子极化，反过来，被极化的分 子又影响瞬时偶极距的变化，这样产生的引力称色散力。色 散力也与温度无关，且普遍存在，因为任何系统都有电子存 在。色散力与外层电子数有关，随着电子数的增多而增加。
就吸附而言，各种类型的吸附之间不可能有明确的界 限，有时几种吸附同时发生很难区别。溶液中的吸附现象 较为复杂。
第一节 吸附
2．物理吸附力的本质
物理吸附作用的最根本因素是吸附质和吸附剂之间的作 用力，也就是范德华力。它是一组分子引力的总称，具体包 括三种力：定向力、诱导力和色散力。范德华力和化学力 （库仑力）的主要区别在于它的单纯性，即只表现为相互吸 引。 （1）定向力 由于极性分子的永久偶极距产生的分子间静电 引力称定向力。它是极性分子之间产生的作用力。一般分子 的极性越大，定向力越大；温度越高，定向力减小。另外， 分子的对称性、取代基位置、分子支链的多少等因素也会影 响定向力的大小。
另外，在吸附过程中吸附剂与吸附质之间也可通过氢键发 生相互作用。
第一节 吸附
3．吸附等温线
当固体吸附剂从溶液中吸附溶质达 到平衡时，其吸附量与溶液和温度有关， 当温度一定时，吸附量与浓度之间的函 数关系称为吸附等温线。若吸附剂与吸 附质之间的作用力不同，吸附表面状态 不同，则吸附等温线也随之改变。典型 的吸附等温线如图5-1所示，横坐标表示 溶液中溶质的浓度，常用单位为单位溶 液体积中溶质的质量；纵坐标表示吸附 剂表面的溶质的浓度，常用单位是单位 质量吸附剂所吸附的溶质的质量。
温线，抗生素、类固醇、激素等产品的吸附分离均符合此
吸附方程，即
q Kcn
（5-3）
式中K为吸附平衡常数，n为指数，均为实验测定常数。
可通过吸附实验，测定不同浓度c和吸附量q的关系，在双
对数坐标中，直线log q=nlogc+logK的斜率为n，截距为
logK。当求出的n<1时，则表示吸附效率高，相反，若n>1，
第一节 吸附
图5-1中曲线1为线性等温线，表达的吸附方程为Biblioteka q Kc（5-1）
式中 q—单位质量吸附剂所吸附的吸附质量，kg(溶质)/kg(吸附剂)；
K—吸附平衡常数，m3（溶液）/kg（吸附剂）；
c—溶液中吸附质浓度，kg（溶质）/ m3（溶液）。
图5-1中曲线2为Langmuir（朗格缪尔）吸附等温线，生物制品酶等
第一节 吸附
在物理吸附中，吸附质在固体表面上可以是单分子层也 可以是多分子层。此外，物理吸附类似于凝聚现象。因此， 吸附速度和解吸速度都较快，易达到吸附平衡，但有时吸附 速度很慢，这是由于在吸附颗粒的孔隙中的扩散速度控制所 致。
（2）化学吸附 利用吸附剂与吸附质之间的电子转移，生 成化学键而实现物质的吸附。化学吸附需要很高的活化能， 需要在较高的温度下进行。化学吸附放出的热量很大，与化 学反应相近。由于化学吸附生成化学键，因而只有单分子层 吸附，且不易吸附和解吸，平衡慢。化学吸附的选择性较强， 即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。
（1）物理吸附 吸附剂和吸附质之间的作用力是分子间 引力（范德华力）。由于范德华力普遍存在于吸附剂与吸附 质之间，所以整个自由界面都起吸附作用，故物理吸附无选 择性。因吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力大小各异， 因此吸附量随物系不同而相差很多。物理吸附所放出的热与 气体的液化热相近，数值很小，物理吸附在低温下也可进行， 不需要很高的活化能。
第一节 吸附
（2）吸附质的性质 吸附质的性质也是影响吸附的因 素之一。
① 一般能使表面张力降低的物质，易为表面所吸附。 ② 溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少。 ③ 极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸 附非极性物质，因而极性吸附剂适宜从非极性溶剂中吸附 极性物质，而非极性吸附剂适宜从极性溶剂中吸附非极性 物质。如活性炭是非极性的，在水溶液中是一些有机化合 物的良好吸附剂，硅胶是极性的，其在有机溶剂中吸附极 性物质较为适宜。
则吸附效果不理想。
上述的吸附等温线同样适用于离子交换吸附。
第一节 吸附
4．影响吸附的因素
固体在溶液中的吸附比较复杂，影响因素也较多，主要 有吸附剂、吸附质、溶剂的性质以及吸附过程的具体操作条 件等。
（1）吸附剂的性质 吸附剂本身的性质将影响吸附量及吸 附速度。吸附剂的表面积越大，孔隙度越大，则吸附容量越 大；吸附剂的孔径越大、颗粒度越小，则吸附速度越大。另 外，吸附剂的极性也影响物质的吸附。一般吸附相对分子质 量大的物质应选择孔径大的吸附剂，要吸附相对分子质量小 的物质，则需要选择比表面积大及孔径较小的吸附剂，而极 性化合物，需选择极性吸附剂，非极性化合物，应选择非极 性吸附剂。
分离提取时适合此吸附方程，即
q q0c K c
（5-2）
式中q0和K是经验常数，可由实验来确定，在这种情况中，最容易的
方法是将q –1对c –1作图，截距是q0 –1，斜率是K/ q0，q0和K的单位分别
与q和c的单位一致。
第一节 吸附
图5-1中曲线3为 Freundlich（弗罗因德利希）吸附等