固体表面对溶液的吸附

8.3　固体表面对溶液的吸附

固体吸附剂从溶液中吸附溶质，是一个应用广泛而又重要的现象。例如，制糖和制药工业中，应用白土、活性炭和硅藻土脱色，应用色谱法分析物质，以及机械加工过程中防止金属磨损而使用润滑剂和金属切削液。印刷中纸张对油墨的吸附，版面对油墨及水斗液的吸附，颜料的分散等，这些都应用了固体表面对溶液吸附的原理。同时，研究固体自溶液中的吸附规律，除了可以帮助解决吸附剂对各种物质的吸附能力及影响因素外，还对固体界面的润湿、渗透和铺展等有关问题也具有指导性的意义。但是这一类的吸附规律比较复杂，因为溶液中除了溶质被吸附外，溶剂也有被吸附的可能，也就是说不可能测定出固体对溶质或溶剂吸附的绝对量，因此固体自溶液中的吸附理论不够完整，至今仍处于初始阶段。

固体自溶液中的吸附，至少要考虑三种作用力，即在界面层上固体与溶质之间的作用力、固体与溶剂之间的作用力、溶剂与溶质之间的作用力。在固体放入溶液后形成的固液界面上，总是被溶质和溶剂的两种分子所占满，换句话说，溶液中的吸附是溶质和溶剂分子争夺表面的结果。若表面上的溶质浓度比溶液内部的大，就是正吸附；若表面上的溶质浓度比溶液内部的小，就是负吸附。显然，当溶质是正吸附时，溶剂就是负吸附，溶质是负吸附时，溶剂就是正吸附。

从吸附速度来看，溶液中的吸附速度一般比对气体吸附的速度要慢得多，这是由于吸附质在溶液中的扩散速度要比在气体中的慢。另外在溶液中，固体表面有一层溶液膜，溶质必须透过这层膜，才能被固体吸附，再加上孔的因素就更减慢了吸附速度。例如，用小孔的活性炭吸附水溶液中的有机酸，甚至在几百小时之后仍未达到平衡。

溶液中的吸附虽然比气体吸附复杂，但测定吸附量的实验方法却比较简单，只要将一定量的固体放入一定量的已知浓度的溶液中，不断振荡以缩短扩散时间，待达到平衡后测定溶液的浓度，从浓度的变化就可计算每克固体吸附了多少溶质。设C_o和C分别为吸附前后溶液的浓度，V是溶液的体积，m是吸附剂的重量，则溶质的吸附量是：

必须指出，这种计算并没考虑溶剂的吸附，通常称为表观吸附量，由于溶剂或多或少地被吸附了，因此该表观吸附量总是低于实际吸附量。

固体自溶液中吸附，通常分为非电解质溶液中的吸附和电解质溶液中的吸附两大类，前者又可分为稀溶液和浓溶液两种，在电解质溶液中的吸附，主要是固体表面上的静电吸附及离子交换吸附，下面分别加以叙述。