[科普中国]-吸附滞后现象

在研究多孔固体的物理吸附时，逐渐增加气体压力时得到的吸附等温线与吸附后逐渐降低压力时得到的脱附等温线不相重合的现象被称为吸附滞后现象。

简介吸附滞后现象是指气体在多孔性固体上的吸附等温线吸附分支与脱附分支分离的现象。吸附分支与脱附分支形成的闭合曲线称为吸附滞后环(或圈)。吸附滞后现象可用毛细凝结理论解释。

吸附滞后环：吸附等温线与脱附等温线构成的环。脱附线总是在吸附线的左上方，见图1。

吸附滞后环的形状与孔结构1、吸附滞后环的形状：吸附线和脱附线都很陡，而且发生在中间相对压力范围。吸附滞后环的形状见图2。

孔结构：圆筒孔和正多面柱孔硅胶等.

2、吸附滞后环的形状：吸附线平稳上升，压力接近p0时才变陡; 脱附线平稳下降，在中间相对压力时才迅速下降。吸附滞后环的形状见图3。

孔结构：片状或层状材料：蒙脱土、石墨的氧化物等。

3、吸附滞后环的形状：吸附线在中间相对压力时上升很陡，脱附线则很平缓。吸附滞后环的形状见图4。

孔结构：锥形或双锥形管状毛细孔。

4、吸附滞后环的形状：吸附线平缓上升，只有接近压力p0时才迅速上升，脱附线始终平缓下降。吸附滞后环的形状见图5。

孔结构：相互倾斜的平板搭成的毛细孔.

5、吸附滞后环的形状：吸附线上升缓慢，脱附线在中间相对压力时急剧下降。吸附滞后环的形状见图6。

孔结构：瓶形的孔或细口宽躯的毛细管。

相关研究ZSM-5沸石氮吸附低压滞后现象的研究众所周知，纯微孔物质，如各种沸石及一些活性炭的氮吸附等温线，通常属于BDDT分类中的Ⅰ型等温线，即无滞后环，且等温线在极低相对压力时，迅速升起,随后吸附量无显著增加，等温线几乎与相对压力轴平行。而具有典型Ⅳ型等温线的物质，由于含有中孔，在吸附过程中发生毛细管冷凝作用，会形成滞后环，但这种滞后环的闭合点，对于氮吸附质而言，常常在相对压力P /P0=0.4附近。某些ZSM-5沸石的吸附等温线没有呈现典型的Ⅰ型等温线形状，却呈现出不寻常的低压滞后，即滞后环的闭合点降到相对压力P /P0约0.1附近。而且滞后环的吸附线斜率突然增加，呈台阶状。

研究发现某些具有低压滞后环和台阶状等温线的ZSM-5沸石，其X射线衍射图谱具有单斜晶系特征，而具有一般Ⅰ型等温线的ZSM-5沸石则呈现正交晶系图谱。氢型高硅铝比ZSM-5沸石为单斜晶系，一般ZSM-5沸石经一定温度水蒸气处理后可由正交晶系转变为单斜晶系，其吸附等温线出现台阶状和低压滞后环。

ZSM-5沸石台阶状吸附等温线及低压滞后现象与其X射线衍射图谱在2θ为24.4°、29.2°、48.6°附近位置单峰分裂为双峰的现象有密切关系，也意味着与单斜晶系有密切关系。这是由于ZSM-5沸石的晶体结构对称性在水热处理后由正交晶系下降为单斜晶系，引起孔道结构变化，造成吸附质分子受到更大限制的结果。

高硅铝比和水热处理可以使ZSM-5沸石由正交晶系转变为单斜晶系,其氮吸附等温线可由Ⅰ型转变为具有低压滞后环及台阶状的非寻常形态吸附等温线1。

四氯乙烷在土壤中的吸附滞后现象氯代挥发性有机物（VOCs）已被广泛应用于干洗、油漆制造、有机合成以及各行业（如仪器制造、曝光电子、印刷等）的金属脱油洗涤等领域中，是一类重要的环境污染物。氯代挥发性有机物对人的中枢神经系统、呼吸系统、肾脏和肝脏等都有毒害作用，且被怀疑具有潜在的致癌作用。鉴于很多国家和地区的地下水和地表水都受到氯代挥发性有机物的污染，氯代挥发性有机物的污染治理已成为全球关注的环境问题，了解其在环境中的污染状况和迁移归宿也成为一项紧迫的任务。污染物在土壤中的吸附解吸是决定其环境行为的重要过程，解吸过程能够更直接地影响污染物的生物可利用性，因而与污染土壤的生态风险息息相关。很多研究发现，吸附在土壤上的污染物只有一部分能够容易地解吸下来，而其余部分的解吸相对困难，并且不符合传统的吸附/解吸模型 （例如线性等温线、Freundlich 等温线等），这种现象被称为“不可逆吸附”、“锁定”或“解吸滞后”2。

有机化合物在土壤中的吸附主要存在着两种机理：一是有机污染物在土壤有机质中的分配作用，其吸附等温线是线性的，与表面吸附位无关，只与有机污染物的溶解度有关，吸附质和吸附剂之间没有强烈的相互作用，因而放出的吸附热较小；二是土壤矿物质的表面吸附作用，其作用力是各种化学键力，如氢键、离子偶极键、配位键作用的结果，其吸附等温线是非线性的，并存在竞争吸附，同时在吸附过程中往往要放出大量的热来补偿反应中熵的损失。

目前对于解吸滞后现象的解释有很多，大致可以分为两类：一是污染物在土壤颗粒的微孔内或者有机质中的缓慢扩散；二是由于吸附后土壤有机质发生了形态改变或孔变形，使得吸附相的污染物被“锁定”。而第二种机理可以更好地解释实验中出现的解吸滞后以及污染物和吸附剂性质相独立的现象。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学