对非电解质溶液的吸附

8.3.1　对非电解质溶液的吸附

1.对理想的非电解质稀溶液的吸附

固体自非电解质稀溶液中的吸附，常见的吸附等温线有三种类型：一种是单分子层吸附等温线，如糖炭自水中吸附苯胺、酚、丁醇、戊醇、己酸等的等温吸附。另一种是指数型的吸附等温线，即符合Freundtich公式的吸附，如血炭从溴水溶液中吸附溴；血炭从异戊醇、酚等的吸附等温线均属此类。还有一种是多分子层吸附等温线，如硅胶在水的己醇溶液中对水的等温吸附。从曲线的表现形状来看，大多数与气体吸附相似。所以，对于大多数的理想稀溶液，Freundtich和Langmuir吸附等温式仍可使用，只要将等温式中的压力P换成浓度C，即可：

两式中常数的求法也与前相同。

2.对非电解质浓溶液的吸附

假设浓溶液为A、B二组分型的溶液，则A、B可以按任何比例互溶。我们所研究的浓度范围，可以从纯液体A到纯液体B。在这样浓溶液的体系中，溶质和溶剂的概念是相对的，所以只指明讨论任意一个组分的规律就可以。图8-6所示为20℃时苯和乙醇的混合物被木炭吸附的等温线。由图8-6(b)可知：开始时吸附量随浓度的增加而上升，达到最高点后逐渐下降，经零点而变为负值。这是由于溶剂和溶质均发生吸附的结果。在稀溶液中可以不考虑溶剂的吸附，而当溶液浓度较大时，少量溶剂的被吸附对浓度的计算会造成很大的影响。图中所示的吸附量为零，并不是不发生吸附，而是表示吸附后溶液的浓度与原始溶液的相同。表观吸附量为负，则是由于溶剂的被吸附反而使溶液的浓度增加所致。图8-6(a)中表示每一组分(苯或乙醇)的真正吸附量随浓度变化的情况。由图可见：各组分的真正吸附量均随其摩尔分数的增加而升高，但是要在溶剂和溶质同时被吸附的情况下测定吸附量的绝对值是比较困难的。

3.影响溶液中吸附的因素

研究影响因素时必须同时考虑溶剂、溶质及吸附剂三个方面的效应，有下列经验规律：

(1)吸附剂、溶质、溶剂的极性对吸附量的影响

实验表明：极性的吸附剂自非极性的溶剂中，优先吸附极性强的溶质；非极性的吸附剂自极性的溶剂中优先吸附非极性强的溶质。例如活性炭自水溶液中吸附脂肪酸，由于溶质的极性为甲酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸，所以活性炭对它们的吸附量大小的次序正好相反。同样可以理解，硅胶自甲苯溶液中对各种脂肪酸的吸附量大小的次序为：乙酸＞丙酸＞丁酸＞辛酸。

图8-6　木炭对苯和乙醇体系的吸附

(2)溶质的溶解度对吸附量的影响

实验表明：溶解度越小的溶质，越容易被吸附。因为溶解度越小，说明溶质与溶剂之间的作用力越小，则被吸附的倾向就越大。例如脂肪酸的碳氢链越长，在水中的溶解度就越小，被活性炭吸附也就越多。反之，在四氯化碳溶剂中，脂肪酸的碳氢链越长，溶解度越大，被活性炭吸附的越少。

苯甲酸在四氯化碳中的溶解度远大于在水中的溶解度，但硅胶在这两个溶剂中对同浓度的苯甲酸溶液(约0.01mol/L)吸附时，自四氯化碳中的吸附量却远比自水中吸附的大。这是因为硅胶是极性吸附剂，而水的极性比苯甲酸强，硅胶对水有强烈的吸引力，因而苯甲酸分子很难将硅胶表面上的水分子顶走，结果硅胶对苯甲酸的吸附量就少了。反之，硅胶与非极性的四氯化碳分子的吸引力较弱，所以苯甲酸较容易将四氯化碳自硅胶表面顶走，因而吸附量较大。所以溶解度只是影响吸附的一种因素，而不是决定性因素。

(3)温度对吸附量的影响

大多数吸附是放热过程，所以提高温度吸附量往往下降。同时，温度对溶解度的影响也是很明显的，在一般情况下，提高温度溶解度就增加，因而使吸附量降低。但是有时升高温度却使一些溶质的溶解度反而下降，例如丁、戊、己、庚、辛醇等在水中的溶解度就是随着温度升高反而下降，因此这一类吸附随温度上升而增加，尤其在接近饱和浓度的溶液中吸附，这种影响更显著。

(4)吸附剂的表面状态及孔结构对吸附量的影响

这方面的影响可看做是吸附剂的制备方法不同所造成的。例如：多数活性炭的表面有部分被氧化，它对醇的吸附超过对苯的吸附，但把它加热到2700℃，可得到表面半石墨化的状态，就变成对苯的吸附强于醇。又如纯净活性炭表面的性质，可因活化条件不同而异。如表8-2所示。

另一方面，孔结构的不同，也会影响吸附能力。例如，5A分子筛容易吸附正己烷，不能吸附苯，而10X、13X分子筛就能很强地吸附苯。至于活化条件，不仅影响吸附剂表面性质，也影响孔的大小。例如，活性炭是非极性吸附剂，通常自水溶液中吸附脂肪酸的次序是丁酸＞丙酸＞乙酸＞甲酸。但是若将活性炭在800℃下短时间内活化后，则它对脂肪酸的吸附结果为：在低浓度范围内的吸附量的次序仍是丁酸＞丙酸＞乙酸＞甲酸，但在高浓度范围内吸附量的次序恰恰相反，这是由于活化时，活性炭表面产生了许多小孔，这些小孔的大小与分子大小同数量级，吸附质分子越大，就越难进入孔中，所以和低浓度范围内吸附量的次序正好相反。

表8-2　活化条件对活性炭自水溶液中吸附酸碱的影响

表中“+”表示吸附，“－”表示不吸附。

综上所述：固体自溶液中的吸附，显然是一个较为复杂的过程，当运用上述规律估计各种吸附情况时必须具体问题具体分析，才能得到正确的判断。最后还应注意，固体自溶液中吸附，也会有化学吸附，如脂肪酸在金属表面的吸附，可能就是由于它与金属表面的氧化膜形成了盐。

在印刷工艺中，固体对非电解质溶液的吸附有许多，了解其规律对于印刷适性的掌握是有好处的，例如，纸张对油墨的吸附，若纸张的吸墨性过高，连接料过多被吸收，颜料粒子会悬浮于纸面上，使印品缺乏光泽，严重时会出现粉化或油墨渗透至背面形成透印；若吸墨性过小，则干燥慢，造成背面粘贴。