Adsorption Kinetics

吸附动力学拟合 | 微信: icecoler

1. 数据来源

2. 变量选择

3. 选择方程

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1. 拟一级动力学 (Pseudo-first-order / Lagergren)
ln(qe − qt) = ln(qe) − k₁·t ⟹ qt = qe(1 − e^(−k₁t))
假设吸附速率与未吸附位点数 (qe − qt) 成正比,即 dqt/dt = k₁(qe − qt)。 适用于吸附初期(物理吸附为主),当吸附趋于平衡时偏差较大。
参数解释: qe 为平衡吸附量 (mg/g),k₁ 为一级速率常数 (min⁻¹)。
2. 拟二级动力学 (Pseudo-second-order / Ho & McKay)
t/qt = 1/(k₂·qe²) + t/qe ⟹ qt = qe²·k₂·t / (1 + qe·k₂·t)
假设吸附速率与未吸附位点数的平方成正比,即 dqt/dt = k₂(qe − qt)²。 涵盖化学吸附机制(电子共享或交换),全程拟合效果好,R² 通常最高。
参数解释: qe 为平衡吸附量 (mg/g),k₂ 为二级速率常数 (g/(mg·min)),h = k₂·qe² 为初始吸附速率 (mg/(g·min))。
3. 颗粒内扩散 (Intraparticle diffusion / Weber-Morris)
qt = kid·t^(1/2) + C
描述吸附质在吸附剂颗粒内部孔隙中的扩散过程。 若 qt vs t^(1/2) 为过原点直线,则颗粒内扩散为唯一控速步骤; 若截距 C ≠ 0,说明同时存在膜扩散等其他控速过程。
参数解释: kid 为颗粒内扩散速率常数 (mg/(g·min^(1/2))),C 为边界层厚度指标(C 越大边界层效应越显著)。
4. Elovich 方程
qt = (1/β)·ln(αβ) + (1/β)·ln(t)
假设吸附速率随表面覆盖度指数衰减:dqt/dt = α·exp(−β·qt)。 适用于化学吸附、表面非均匀的固-液体系,常见于土壤和矿物吸附。
参数解释: α 为初始吸附速率 (mg/(g·min)),β 为脱附常数 (g/mg),反映表面覆盖率对吸附速率的抑制程度。
5. 液膜扩散 (Liquid film diffusion)
ln(1 − F) = −kfd·t,其中 F = qt/qe
描述吸附质从液相主体穿过液膜(边界层)扩散到吸附剂表面的过程。 若 ln(1−F) vs t 为过原点直线,则液膜扩散为控速步骤; 若偏离,说明颗粒内扩散也起作用。
参数解释: kfd 为液膜扩散速率常数 (min⁻¹),值越大表示液膜传质越快。
6. Bangham 方程
log log(qe/(qe − qt)) = log(k₀/2.303) + α·log(t)
描述吸附质在孔道中的扩散过程,是对孔扩散机制的直接建模。 若数据符合 Bangham 方程,说明孔扩散是主要控速步骤。
参数解释: k₀ 为 Bangham 常数,α 为吸附速率指数(α < 1 表示扩散受限,α 接近 1 表示扩散自由)。