Izoterma adsorpcji - Polski Serwis Naukowy

W Wikimedia Commons znajdują się multimedia związane z tematem:
Izoterma adsorpcji

Izoterma adsorpcji to zależność ilości zaadsorbowanej substancji od stężenia lub ciśnienia adsorbatu przy ustalonej temperaturze. Zob. też ogólnie izoterma. Izoterma adsorpcji może być uznana za szczególny przypadek izotermy sorpcji, które to określenie nie precyzuje mechanizmu zjawiska (sorpcja to adsorpcja, absorpcja, wymiana jonowa lub też zjawisko mieszane). Najczęściej określenie to jest rozumiane jako równanie izotermy adsorpcji, a czasami jako model fizyczny odpowiadający określonemu równaniu. Zobacz poniżej listę znanych równań izoterm adsorpcji.

Izoterma DI, czyli izoterma Dubinina-Izotowej lub inaczej izoterma bi-DR jest to kombinacja liniowa 2 izoterm Dubinina-Raduszkiewicza (DR). Twórcy teorii objętościowego zapełniania mikroporów (TOZM) bardzo wcześnie dostrzegli niemożność opisania niektórych układów doświadczalnych za pomocą izotermy DR i wprowadzili to proste równanie w celu opisania adsorpcji w układach mikroporowatych o niejednorodnej strukturze porów:

Izoterma Tótha opisuje fizyczną adsorpcję adsorpcję zlokalizowaną i odpowiada asymetrycznemu quasigaussowskiemu rozkładowi energii adsorpcji poszerzonemu w kierunku niskich energii adsorpcji. Można ją uważać za szczególny przypadek 4-parametrowej izotermy GL, w której parametr m określający kształt funkcji od strony wysokich energii m=1.

Lista izoterm adsorpcji

O ile nie podano inaczej, wymienione izotermy opisują adsorpcję fizyczną zlokalizowaną. Również, o ile nie podano inaczej, izotermy dotyczą adsorpcji na powierzchni homogenicznej (energetycznie jednorodnej).

Izotermy podstawowe

Izotermy lokalne

Izotermy lokalne monowarstwowe bez oddziaływań bocznych

Izotermy podstawowe dla adsorpcji monowarstwowej na powierzchni homogenicznej (zobacz adsorpcja zlokalizowana i mobilna)

adsorpcja zlokalizowana

gazy, roztwory rozcieńczone:

izoterma Henry'ego – graniczna izoterma dla niskich ciśnień i stężeń

izoterma Langmuira (Irving Langmuir, 1916 r.) – najważniejsza izoterma adsorpcji

adsorpcja nadmiarowa (wysokie stężenia, mieszaniny ciekłe – adsorpcja zlokalizowana)

izoterma Everetta (D.H. Everett, 1964 r.) dla adsorpcji nadmiarowej

adsorpcja mobilna (gazy):

izoterma Volmera (ads. mobilna bez oddziaływań)

Inne monowarstwowe izotermy lokalne

Izotermy dla adsorpcji monowarstwowej na powierzchni homogenicznej uwzględniające oddziaływania adsorbat-adsorbat:

Izoterma BDDT (izoterma Brunauera-Deminga-Deminga-Tellera) - 4-parametrowe równanie izotermy adsorpcji wielowarstwowej na powierzchni homogenicznej, jest uogólnieniem izotermy Brunauera-Emmetta-Tellera (BET).

Izoterma Kisielewa – równanie izotermy adsorpcji zlokalizowanej gazu na powierzchni homogenicznej (powierzchni energetycznie jednorodnej) uwzględniające oddziaływania specyficzne adsorbat-adsorbat typu asocjacji. Izotermę tę wykorzystuje się w dwu zasadniczych postaciach:

izotermy dla adsorpcji zlokalizowanej

izoterma FG czyli izoterma Fowlera-Guggenheima

izoterma Kisielewa (wersja uproszczona 1958 r., z oddz. niespecyficznymi: 1972 r.)

izotermy dla adsorpcji mobilnej

izoterma HB czyli izoterma Hilla-deBoera (zwana także izotermą van der Waalsa)

Izotermy adsorpcji wielowarstwowej

izotermy stricte wielowarstwowe (na monowarstwie nadbudowywane są kolejne warstwy adsorbatu):

izoterma BET czyli izoterma Brunauera-Emmetta-Tellera (1938 r.)

izoterma BDDT czyli izoterma Brunauera-Deminga-Deminga-Tellera

izoterma Sircara (1985 r.)

izoterma LGD czyli izoterma Lopez-Gonzaleza i Dietza (1952 r.)

izoterma Hüttiga (1948 r.)

izotermy w ramach modelu ciekłej błonki adsorbatu:

izoterma HJ czyli izoterma Harkinsa-Jury

izoterma Halseya – inaczej izoterma Frenkela-Halseya-Hilla (izoterma FHH)

Izotermy globalne

Izotermy adsorpcji na powierzchniach energetycznie niejednorodnych

adsorpcja monowarstwowa na powierzchniach energetycznie niejednorodnych (heterogenicznych):

ogólne równanie całkowe (uogólnione całkowe równanie adsorpcji, całkowa izoterma adsorpcji), czyli globalne równanie całkowe

izoterma LF czyli izoterma Langmuira-Freundlicha

izoterma GF czyli uogólniona izoterma Freundlicha lub izoterma Sipsa (Sips, 1948 r.)

izoterma Tótha (J. Tóth, 1971 r.)

izoterma GL czyli uogólnione równania Langmuira (A.W. Marczewski i M. Jaroniec 1983 r.)

izoterma Rudzińskiego – związana z quasigaussowskim rozkładem energii adsorpcji (podobna do LF) (W. Rudziński)

izoterma Gaussa – związana z gaussowskim rozkładem energii adsorpcji

izoterma UNILAN czyli izoterma związana z prostokątnym rozkładem energii adsorpcji

adsorpcja wielowarstwowa na powierzchniach energetycznie niejednorodnych jw.:

izotermy jw. z czynnikiem wielowarstwowym (zobacz sposób uwzględnienia wielowarstwy w ogólnym równaniu całkowym

Izotermy adsorpcji na adsorbentach mikroporowatych

Izotermy dla adsorpcji w mikroporach (zob. "Teoria objętościowego zapełniania mikroporów"):

Izoterma LGD (izoterma Lopez-Gonzaleza i Dietza) to 2-parametrowe równanie, które opisuje adsorpcję wielowarstwową na powierzchni homogenicznej (energetycznie jednorodnej). Jest prostą izotermą adsorpcji o charakterze eksperymentalnym, powstałą w wyniku spostrzeżenia, że dane izoterm doświadczalnych dobrze opisywanych w obszarze niskich i średnich ciśnień względnych x (z reguły od 0,05 do 0,4) przez znane izotermy teoretyczne, leżą zwykle pomiędzy nimi. Przewidywania dalszego przebiegu (x > 0,4) za pomocą izotermy BET dawały zbyt wysokie wartości adsorpcji, natomiast dla izotermy Hüttiga przewidywania były zbyt niskie. Stąd badacze zaproponowali stosowanie prostego równania będącego w istocie średnią arytmetyczną równań izoterm BET i Hüttiga:

Izoterma GL czyli uogólniona izoterma Langmuira (ang. Generalized Langmuir isotherm), znana też jako izoterma MJ, opisuje fizyczną adsorpcję zlokalizowaną i odpowiada quasigaussowskiemu rozkładowi energii adsorpcji. To 4-parametrowe równanie może opisywać układy o różnych charakterystykach jednomodalnej funkcji rozkładu energii adsorpcji. W zależności od wartości dwu parametrów heterogeniczności funkcja rozkładu może być symetryczna (m ≈ n; przypadek m=n odpowiada izotermie Langmuira-Freundlicha), może być rozciągnięta w kierunku wysokich energii adsorpcji (n > m; przypadek szczególny n=1 odpowiada uogólnionej izotermie Freundlicha) lub w kierunku niskich energii (n < m; przypadek szczególny m=1 odpowiada izotermie Tótha). Zaletą izotermy w porównaniu z jej szczególnymi przypadkami jest jej elastyczność, możliwość opisania całego spektrum przypadków pośrednich:

izoterma Freundlicha (H. Freundlich, 1932 r.)

izoterma DR czyli izoterma Dubinina-Raduszkiewicza (1947 r.)

izoterma DA czyli izoterma Dubinina-Astachowa (1972 r.)

całkowe równanie Stoeckliego czyli izoterma Stoeckliego (1977 r.)

izoterma DRS czyli izoterma Dubinina-Raduszkiewicza-Stoeckliego

izoterma DI czyli izoterma Dubinina-Izotowej (izoterma bi-DR) (1965 r.)

izoterma eksponencjalna czyli eksponencjalna izoterma Jarońca (1975 r.)

Inne izotermy

Inne izotermy, w tym eksperymentalne

Adsorpcja monowarstwowa to adsorpcja, w której adsorbat na powierzchni adsorbentu lub na granicy faz może tworzyć warstwę o grubości jednej cząsteczki. Jest to cechą przede wszystkim adsorpcji chemicznej (chemisorpcji) a w przypadku adsorpcji fizycznej zachodzi dla niskich gęstości adsorbatu na powierzchni, po przekroczeniu pewnej ilości adsorbatu dochodzi do adsorpcji wielowarstwowej. Podstawowa monowarstwowa izoterma adsorpcji to izoterma Langmuira, natomiast podstawową izotermą wielowarstwową jest izoterma BET.

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

izoterma RP czyli izoterma Radke-Prausnitza (1972 r.) – głównie wodne roztwory rozcieńczone substancji organicznych

izoterma Jossensa (1978 r.) (zastosowanie jak izoterma RP)

izoterma Tiemkina (lub izoterma Tiomkina, izoterma Temkina) czyli uproszczenie izotermy UNILAN, stosowana często w katalizie

izoterma Frumkina (do adsorpcji jonów i surfaktantów; formalnie identyczna z izotermą FG) (1926 r.)

izoterma Jovanovicia (1969 r.) (rzadko stosowana)

Izotermy adsorpcji w mezoporach

Podstawowym zjawiskiem istotnym dla adsorpcji w mezoporach jest kondensacja kapilarna. Jednak ścianki porów przed zapełnieniem kapilarnym pokrywa tworząca właściwy menisk warstwa adsorbatu zaadsorbowanego w wyniku w przybliżeniu zwykłych oddziaływań adsorpcyjnych (tyle że ze względu na obszar w którym pojawia się kondensacja kapilarna jest to adsorpcja wielowarstwowa). Jako izotermy adsorpcji w mezoporach stosuje się zwykle izotermy Harkinsa-Jury i Halseya.

Izoterma Halseya, inaczej izoterma Frenkela-Halseya-Hilla (skrót izoterma FHH) jest rodzajem izotermy adsorpcji, która ma podobne właściwości i zastosowania jak izoterma Harkinsa-Jury. Wyraża się równaniem:

Izoterma HB (izoterma Hilla-deBoera, zwana również izotermą van der Waalsa) to równanie izotermy adsorpcji mobilnej gazu na powierzchni homogenicznej (powierzchni energetycznie jednorodnej):