本文關(guān)鍵詞： 納米吸附 熱力學(xué) 動力學(xué) 粒度效應(yīng)　出處：《太原理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：當吸附材料尺度減小到納米量級時，其表現(xiàn)出比塊狀材料更優(yōu)異的吸附性能，被廣泛地應(yīng)用在環(huán)境保護、多相催化、生物醫(yī)藥、微電子等許多領(lǐng)域。然而，納米材料吸附（簡稱納米吸附）的理論還未見報道，納米材料的粒度對其吸附熱力學(xué)和動力學(xué)影響的規(guī)律和機理還不清楚，使之成為納米吸附研究、發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。本課題通過對納米吸附進行理論和實驗研究，來闡明粒度對納米吸附熱力學(xué)和動力學(xué)的影響規(guī)律和機理。 （1）納米吸附的理論研究 在納米吸附熱力學(xué)的研究方面，首先研究并定義了納米材料吸附前后的化學(xué)勢；進而推導(dǎo)出吸附平衡常數(shù)、吸附吉布斯函數(shù)、吸附焓和吸附熵分別與納米材料粒度之間的熱力學(xué)關(guān)系式。結(jié)果表明：粒度對納米吸附的熱力學(xué)性質(zhì)有顯著影響，而影響的實質(zhì)可歸因于吸附前后表面張力差和粒度（比表面積）的共同作用；當納米材料的粒度減小時，，吸附平衡常數(shù)增大，吸附吉布斯函數(shù)減小，而吸附焓和吸附熵的變化還受納米材料吸附前后表面張力溫度系數(shù)差的影響。 在納米吸附動力學(xué)的研究方面，首先假定過渡態(tài)理論同樣適用于納米吸附過程，進而推導(dǎo)出吸附活化能、吸附速率常數(shù)和吸附指前因子分別與粒度之間的理論關(guān)系式。結(jié)果表明：粒度對納米吸附動力學(xué)參數(shù)有較大的影響；當納米材料粒度減小時，吸附速率常數(shù)增大，吸附活化能和吸附指前因子減小。粒度對吸附動力學(xué)參數(shù)影響的機理是納米材料的偏摩爾表面焓影響吸附活化能，偏摩爾表面吉布斯函數(shù)影響吸附速率常數(shù)，偏摩爾表面熵影響吸附指前因子。 （2）納米吸附的量子化學(xué)模擬 首先構(gòu)建出銳鈦礦型二氧化鈦的球簇模型及其對銀離子的吸附模型，然后采用Gaussian軟件中的PM6量子化學(xué)方法計算出二氧化鈦球簇的熱力學(xué)性質(zhì)和其吸附銀離子的熱力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明：粒度對二氧化鈦球簇的熱力學(xué)性質(zhì)均有顯著影響；隨著粒度的減小，二氧化鈦球簇的標準摩爾生成吉布斯函數(shù)、標準摩爾生成焓、標準摩爾熵和比表面能均增大。粒度對該吸附過程的熱力學(xué)函數(shù)也均有顯著的影響；隨著粒度的減小，標準摩爾吸附吉布斯函數(shù)減小，吸附平衡常數(shù)增大，標準摩爾吸附焓和標準摩爾吸附熵均減小。這些影響規(guī)律與上述納米吸附熱力學(xué)理論一致。 （3）納米吸附的實驗研究 納米吸附的實驗研究分別以納米氧化鋅吸附銅離子、納米二氧化鈦吸附銀離子和納米氧化鎂吸附苯為吸附體系，采用均勻沉淀法制備了不同粒度的納米氧化鋅、納米二氧化鈦和納米氧化鎂顆粒，系統(tǒng)地研究了粒度對吸附熱力學(xué)和動力學(xué)的影響規(guī)律。 納米吸附的熱力學(xué)實驗結(jié)果表明：粒度對納米吸附過程的熱力學(xué)性質(zhì)均有顯著影響；當粒度減小時，標準吸附平衡常數(shù)增加，而標準摩爾吸附吉布斯函數(shù)降低；標準摩爾吸附焓和標準摩爾吸附熵對于納米ZnO吸附體系是隨粒度的減小而增加，對于納米TiO2吸附體系則是隨粒度的減小而減��；并且標準吸附平衡常數(shù)的對數(shù)、標準摩爾吸附吉布斯函數(shù)、標準摩爾吸附焓和標準摩爾吸附熵分別與粒度的倒數(shù)有較好的線性關(guān)系。這些影響規(guī)律與上述納米吸附熱力學(xué)理論一致，其中納米TiO2吸附過程的粒度影響規(guī)律與量子化學(xué)模擬結(jié)果基本一致。此外，納米ZnO對Cu2+和納米TiO2對Ag+的吸附過程均符合Langmuir等溫吸附模型，而且均是自發(fā)的和吸熱的吸附過程。 納米吸附的動力學(xué)實驗結(jié)果表明：粒度對納米吸附動力學(xué)參數(shù)均有顯著影響；隨著粒度的減小，吸附速率常數(shù)增大，而吸附活化能和吸附指前因子減�。徊⑶椅剿俾食�(shù)的對數(shù)、吸附活化能和吸附指前因子的對數(shù)均分別與粒度的倒數(shù)呈線性關(guān)系；這些影響規(guī)律與上述納米吸附動力學(xué)理論一致。此外，納米ZnO對Cu2+和納米MgO對苯的吸附過程均可以用準二級動力學(xué)模型來描述，同時還發(fā)現(xiàn)粒度對其吸附動力學(xué)級數(shù)均沒有影響。 本文建立的納米吸附熱力學(xué)理論和納米吸附動力學(xué)理論，揭示了粒度對納米吸附過程熱力學(xué)性質(zhì)和納米吸附動力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律，闡明了其納米材料粒度影響的實質(zhì)和機理。這些理論與規(guī)律對于吸附理論的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義，對于解決納米材料領(lǐng)域以及其它相關(guān)領(lǐng)域中所涉及到的納米吸附問題具有重要的指導(dǎo)作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O647.31

【參考文獻】

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本文編號：1473801