물 흡착이란 무엇입니까?
물 흡착 표면에서는 재료 과학, 화학 공학 및 심지어 촉매에 중요합니다. 표면 수화로도 알려진 물 흡착은 고체 표면에 물리적으로 또는 화학적으로 흡착 할 때 발생합니다. 광범위한 다양한 시스템에서 인터페이스, 화학 반응 경로 및 촉매 성능의 특성을 조절하는 것이 중요합니다.
물리적으로 흡착 된 물의 경우, 건조 과정에서 표면 수화가 종종 제거되는데, 이는 압력 및 온도에서 발생하여 물의 완전한 기화를 초래합니다. 화학적으로 흡착 된 물에서, 분자 흡착에 의해 수화가 발생할 수있다.
물 - 금속 상호 작용과 물 분자 사이의 수소 결합은 금속 표면의 물 흡착을 지배합니다.
흡착 유형
물리적 흡착
반 데르 발스 힘은 물리적 흡착에서 흡착제 표면에 흡착제 입자를 유지한다. 매력이 약하기 때문에 온도를 높이거나 압력을 줄임으로써 쉽게 극복 할 수 있습니다. 물리적 흡착이 가역적 일 수 있습니다.
물리적 흡착 특성
흡착의 낮은 엔탈피
반 데르 발스 세력은 흡착 물 분자와 흡착제에서 약하다. 물리적 흡착이 가역적이고 평형을 빠르게 달성하기 때문에 가역적 인 특성. 따라서
고체 + 가스/가스/고체 + 열
압력 증가 (또는 부피 감소)는 평형을 전진하여 흡착이 증가합니다. 따라서 압력이 증가함에 따라 더 많은 가스가 흡착됩니다. 압력을 낮추면 가스가 제거됩니다.
온도의 효과
Le-Chatelier의 원칙에 따르면 물리적 흡착은 저온에서 빠르게 발생하며 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
가스 분자는 운동 에너지를 얻고 온도가 상승함에 따라 흡착제 표면을 남깁니다. 결과적으로 온도가 증가하면 흡착이 감소합니다.
특이성 부족
그것은 본질적으로 비특이적이다. 따라서 모든 가스는 모든 고형물을 동일하게 흡수합니다. 반 데르 발스 세력이 보편적이기 때문에 흡착제 표면은 특정 가스를 선호하지 않습니다.
흡착제의 특성
Van der Waals 힘은 거의 중요한 온도이기 때문에 가스는 쉽게 액화가 흡착됩니다.
흡착증 상태
흡착제는 물리적 흡착에서 벌크와 같은 상태입니다.
화학 흡착
흡착제 분자가 화학력 또는 결합에 의해 흡착제의 표면을 유지할 때 흡착이 발생한다. 흡착 된 분자는 표면의 흡착제와 반응하여 돌이킬 수없는 흡착을 초래합니다.
화학 흡착 특성
흡착 엔탈피
흡착제 및 흡착제 분자가 강한 화학적 결합을 갖기 때문에 흡착의 몰 가열이 높다.
돌이킬 수없는 자연
화학 흡착은 화합물 형성으로 인해 돌이킬 수 없습니다.
온도의 효과
화학 흡착은 온도에 따라 상승한 후 감소합니다. 고온에서 물리적 흡착에 의해 흡착 된 가스는 화학 흡착이된다.
높은 선택성
화학적 흡착은 흡착 된 분자와 흡착제 표면 사이의 화학적 결합을 포함하므로, 이는 매우 선택적이므로 화학적 흡착은 가스 및 흡착제 화학적 특성에 의존한다. 예를 들어, 금속은 산화물 형성을 통한 산소를 흡수하는 반면, 전이 금속은 수 소화물 형성을 통해 수소를 흡수합니다.
.흡착 된 종의 상태
이 형태의 흡착은 화학적 반응과 관련이 있기 때문에 흡착 된 분자의 상태는 대량으로 달라질 수 있습니다.
금속 유기 프레임 워크 물 흡착
그러나, 특정 금속 유기 프레임 워크 (MOF)는 물을 활성 부위에 흡수하고 안정적으로 유지할 수 있습니다. 돌이킬 수없는 구조적 변화는 없습니다. 미국 에너지 국의 고급 광자 원은 구조적으로 변화하지 않는 금속 유기 프레임 워크에 대한 물 하중 효과의 결정 학적 증거를 밝혀냈다. 이러한 물질을 이해하면 산업 및 의료 용도를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
다중 유기 링커 및 무기 노드가있는 재료는 MOF를 형성합니다. MOF 구조는 화학 감지, 가스 분리 및 저장, 촉매 및 약물 전달과 같은 응용 분야에서 조정할 수 있습니다. 이 연구는 화학적 안정성과 게스트 호스트 상호 작용이 필요합니다.
MOF와의 물 상호 작용은 안정성 및 흡착 특성을 보여줍니다. 물의 방향성 결합 경향으로 인해 MOF 호스트의 물 손님은 다양한 상호 작용을 가질 수 있습니다. 그들은 돌이킬 수없는 구조적 변화를 일으키지 않고 MOF 격자의 채권을 재정렬합니다.
물의 수소 결합 방향성은 MOF 프레임 워크 내에서 게스트-호스트 상호 작용을 유발하여 안정성과 흡수에 영향을 미칩니다. 물 흡착은 MOF 특성에 영향을 미칩니다. 물은 가스 저장 및 분리 중에 활성 부위와 흡착 부위를 공동 흡수합니다.
조지아 테크, 암스테르담 대학교, 시카고 대학교 및 아르곤 국립 실험실 연구원들은 테레 프탈레이트 리간드에 메틸 그룹이있는 MOF 프레임 워크를 만들었습니다. 이 MOF의 메틸 그룹은 안정성 및 저압 CO2 친화력을 유지하면서 막대한 양의 물을 흡수 할 수있게한다. 또한 구조를 변경하지 않고 물을 방출 할 수도 있습니다. 연구원들은 3 가지 별개의 결정질 형태의 물 흡착을 연구하여 그것이 구조에 어떤 영향을 미치는지, 합성 된 MOF가 물에 노출된다.
.결정 학적 격자 매개 변수, 물 앉은 물 및 물에 의한 결함에 대한 데이터가 포함되었습니다. 그들은 각 조건에서 각 격자의 구조적 반응을 결정했습니다.
물 유발 결합 재 배열과 같은 게스트-호스트 상호 작용을 통해 물 흡착은 분자 구조적 변화를 일으켰다. 이 연구는 MOF의 안정성 원을 지적합니다. 연구에서, 물의 손님은 단위 세포 특성, 진동 스펙트럼, 마이크로 스트레인 및 원자 구조에서 동적 구조적 변화를 일으켰다. 이러한 방식으로 구조적 안정성을 이해하는 것은 합리적이지 않을 수 있습니다.
이 연구는 안정적인 MOFS 조사가 동적 구조적 반응을 이해해야 할 필요성을 강조하며, 이러한 이해는 안정적인 MOF를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 이제 MOF 프레임 워크 내부의 물 조정을 조사하여 에너지 장벽을 더 잘 이해할 것입니다. 그러나 MOF 성능과 안정성에 영향을 미치는 많은 요소를 강조합니다.
흡수와 흡착의 차이
흡수
흡수는 한 물질이 다른 물질로 완전히 들어가는 과정입니다. 하나의 원자 또는 분자가 다른 여러 분자로 빨려 들어가는 과정. 물질을 완전히 입력하여 물질의 일부 여야하며 화학적 또는 물리적 과정이 될 수 있습니다. 예를 들어, 이산화탄소는 탄산 칼륨의 대답에 흡수되며 반응이 발생하기 때문에 화학적 흡수의 경우입니다.
또 다른 예는 공기를 물에 녹이는 것입니다. 공기가 평형 압력을 통해 물에 들어가면 신체 흡수입니다. 물질 또는 공급이 액체 또는 휘발유를 흡수 할 때 다른 공급을 흡수했습니다. 따라서 흡수는 재료 내부에서 단일 요인이 부딪 칠 때 발생합니다.
흡착
흡착은 휘발유 또는 액체가지면에서 흡수되지 않고 형성되는 방법입니다. 기업은 합성 응용 및 물 정제에 흡착을 사용합니다. 접착력이 포함되며 물질은이 과정에서 대체 물질에 들어가지 않고 대체 물질에 매달려 있습니다. 예를 들어, CO2는 압력 스윙 흡착제 유닛의 흡착제 접지에 있습니다.
결론
표면에서의 물 흡착은 재료 과학, 화학 공학 및 촉매에 다양한 용도로 사용됩니다. 표면 수화로도 알려진 고체 표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착 된 물의 존재는 광범위한 시스템에서 화학 반응 경로, 촉매 성능 및 인터페이스 특성에 중대한 영향을 미칩니다. 온도와 압력을 완전한 기화를 가능하게하는 단순히 건조하면 물리적으로 흡착 된 물의 경우 표면 수화가 제거됩니다. 해리 흡착은 화학적으로 흡착 된 물의 수화를 유발할 수 있으며, 여기서 H2- 분자가 표면 흡착 된 OH 및 H+또는 분자 흡착을 통해 분자 흡착을 통해 분자로 분자 된 물 분자는 손상되지 않은 상태로 유지 될 수있다.
.
