电场控制界面吸附的热力学机理及其工程应用

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界面吸附是一种传质过程,是分离或者净化混合物的基础,其在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用。目前大多数学者从吸附的动力学理论、吸附的热力学理论和吸附的理论三个方面研究界面吸附现象,但动力学过程较复杂、毛细管凝结理论应用范围较窄,计算繁琐,且不能准确的描述界面吸附过程的机制。而热力学方法是研究界面现象的重要工具,因此,如果能够从热力学角度探究界面吸附的机理,就可以在工程上为工业设计、研究等实际应用提供一定的理论指导。影响界面吸附的因素除传统的温度、压强、物质的量、浓度外,还有外场,如磁场、电场和电磁场等。其中电场作为一种新型的强化传质技术,因其具有高效、节能、易于控制及无污染等优点,被广泛地应用于工业生产的各个领域。但是,目前对其的研究主要处于实验阶段。因此,研究电场作用下的界面吸附能够为电场作用下的界面性质提供有效的理论描述。本文从热力学角度出发,以Gibbs吸附为模型,将能量公理和热力学第一定律结合应用到界面相,得到电场下的界面吸附量的理论表达式和表面张力与电场强度的数学关系式。并利用一些学者的实验研究从中得出了界面张力与电场强度的平方的线性关系式;并按照本文所得的理论表达式计算了不同电场强度和不同浓度下的Ethanol溶液的界面吸附量。计算结果表明:随着浓度的增加,溶液的界面吸附量的增加;当浓度一定时,施加电场,溶液的界面吸附量降低。该理论能从热力学角度描述界面吸附的机理,并能合理解释电场对界面吸附的影响。这在化工、医药、环境等方面具有重要的应用价值,对其研究和设计提供一定的理论指导。
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