吸附

吸附是分子、原子或离子在界面上富集，使其浓度不同于周围体相中浓度的现象。吸附通常发生在气体或溶解物质附着于固体表面时，但液体界面也可发生吸附。提供表面的材料称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。吸附不同于吸收，后者是物质进入另一相的内部。这一区别对于多孔固体同样重要：发生在内部孔壁上的吸附仍属于表面现象。(goldbook.iupac.org)

物理吸附与化学吸附

吸附主要分为两种机制。物理吸附涉及分子间相互作用，尤其是范德华力，而相互作用物种的电子轨道结构不发生显著变化。物理吸附可以形成单分子层、多分子层，也可以使狭窄孔隙得到大范围填充。因此，其行为取决于表面相互作用和孔隙的几何结构。(goldbook.iupac.org)

化学吸附涉及吸附质与表面之间形成化学键。直接与表面成键的物种形成表面单分子层，但其上方还可能存在额外的物理吸附层。化学吸附是多相催化术语体系及反应机制中的核心概念，在这类催化过程中，结合在表面上的物种参与反应。物理吸附与化学吸附的区别在于结合的性质，而不只是物质能否在随后被移除。(goldbook.iupac.org)

脱附是吸附的逆过程，即被吸附物质的量减少。改变压力或温度，或引入另一种结合更强的物质以置换原有吸附质，都可引发脱附。可逆的吸附与脱附是许多工业吸附剂再生的基础。(old.goldbook.iupac.org)

平衡与吸附等温线

吸附等温线描述恒定温度下，平衡吸附量与气体压力之间的关系；对于溶液中的吸附，则描述平衡吸附量与溶质浓度之间的关系。吸附量通常以单位质量吸附剂所吸附的量表示。等温线可用于比较不同材料，但有意义的比较要求吸附质、温度、压力范围和报告单位保持一致。(old.iupac.org)

朗缪尔模型描述理想化均匀表面上的单分子层吸附。对于气体，其常用形式为

[ q=\frac{q_{\mathrm{m}}bp}{1+bp}, ]

其中，(q) 为吸附量，(q_{\mathrm{m}}) 为单分子层极限吸附容量，(p) 为平衡压力，(b) 为亲和力参数。在低压下，该方程趋近于线性关系；在高压下，吸附量趋于饱和。这些极限行为是模型的推论，并不一定适用于所有实际多孔材料。(doi.org)

弗罗因德利希等温线提供了一种经验性的替代模型，对于气体常写作 (q=Kp^{1/n})。与朗缪尔方程不同，这一幂律表达式没有有限的饱和上限。因此，将其外推至远超测量范围的条件时，可能得到不切实际的吸附量。更复杂的模型会考虑表面非均匀性、分子间相互作用或孔隙填充；选择模型时，既要关注其数值拟合效果，也要关注其物理假设。(adsorption.nist.gov)

吸附剂与多孔结构

许多实用吸附剂都是多孔材料，其内部表面积远大于外部表面积。活性炭以煤、木材和椰壳等富碳原料制成，通过处理形成或扩大孔隙。其吸附性能随原料和制造条件而变化，因此不同活性炭对同一种物质的吸附能力未必相同。(epa.gov)

沸石是另一类重要的吸附剂，用于气体的选择性吸附和净化。其行为体现了吸附与分子筛作用之间的关系：物质能否被吸附，不仅取决于相互作用的强弱，还取决于其能否进入孔隙系统。吸附研究还考察金属有机框架及其他人工设计的多孔固体作为分离和储存材料的潜力。(energy.gov)

气体吸附是测量可接近表面积和孔隙结构的主要方法之一。布鲁瑙尔–埃米特–特勒（BET）法根据多分子层吸附数据和假定的分子横截面积估算表面积。其结果依赖于模型，并非直接的几何测量结果。表面相互作用过强或过弱，以及单分子层与多分子层形成过程的重叠，都可能使结果的解释变得复杂。(tsapps.nist.gov)

分离与处理过程

在化学工程中，吸附用于分离对固体具有不同亲和力的组分。变压吸附在较高压力下使吸附床吸附，在较低压力下使其再生。多个吸附床交替运行于不同阶段，可以连续提供净化后的流体。氢气提纯和从空气中分离氧气都是成熟的应用实例。(energy.gov)

吸附也可用于碳捕集。吸附床吸附二氧化碳，直至接近其有效吸附容量；随后可由另一吸附床接替工作，同时使前一吸附床再生。变压、变真空和变温是释放被吸附气体的不同方式。工艺性能取决于吸附与再生条件之间可实际利用的吸附量差，而不只是实验室测得的最大吸附量。(energy.gov)

在水处理中，颗粒活性炭可去除多种有机化合物，包括引起异味的物质。其他吸附质的竞争可能降低对目标污染物的吸附容量。随着吸附床逐渐耗尽吸附能力，越来越多的污染物会穿过吸附床，这种现象称为穿透，此时必须更换活性炭或使其再生。吸附只是将污染物转移到另一相中；后续的回收、处理或处置仍是独立的操作要求。(epa.gov)