粉体与多孔固体材料的吸附：原理、方法及应用

工业技术化学工业

ISBN：9787122357472
包装：精装
字数：6550000
开本：16开
版次：1
用纸：胶版纸
页数：524
出版社：化学工业出版社
出版时间：2020-05-01
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本书为引进版图书，全面总结了粉体和多孔固体材料吸附的基础理论和实际应用。可以满足学生和非表面化学的人士，了解各种先进的技术用来测定表面积、孔径、表界面表征等。对于近些年活性炭、金属氧化物、黏土、分子筛沸石等材料的吸附性质有比较深入的总结。

内容简介

本书全面综述了有关吸附理论、方法与应用的方方面面，首先对吸附的原理、热力学和方法学进行一个总述；然后运用吸附方法讨论表面积和孔径大小；之后介绍并讨论各种不同吸附剂（碳材料、氧化物、黏土、沸石、金属有机框架MOF）的一些典型吸附等温线和能量学。重点在于对实验数据的确定和解释，特别是具有技术重要性的吸附剂的表征。
读者对象主要为学生及表面科学初涉猎者，通过本书可以了解到如何利用现今先进的科学技术手段来测定表面积、孔尺寸和表面特征，如何对材料的性能进行表征与判断。

作者简介

原著作者：F. 鲁克罗尔，J. 鲁克罗尔，K.S.W. 辛， P. 卢埃林， G. 莫兰。法国艾克斯-马赛大学（Aix Marseille University）和蒙彼利埃大学( Université de Montpellier )的教授。五位作者在表面科学和吸附科学领域做出了一些开创性的工作，在业内有一定的影响力
译者：陈建,周力,王奋英等南昌大学教师，在南昌大学从事科研与教学工作。

内页插图

第1章绪言
1.1吸附的重要性/ 1
1.2吸附的历史/ 1
1.3定义及术语/ 5
1.4物理吸附和化学吸附/ 9
1.5吸附等温线的类型/ 9
1.5.1气体物理等温线分类/ 9
1.5.2气体的化学吸附/ 12
1.5.3溶液的吸附/ 12
1.6物理吸附能和分子模拟/ 12
1.7扩散吸附/ 17
参考文献/ 18 第2章气/固界面的吸附热力学
2.1引言/ 21
2.2单一气体吸附的定量表示/ 22
2.2.1压力不超过100kPa时的吸附/ 22
2.2.2压力超过100kPa及更高时的吸附/ 25
2.3吸附的热力学势/ 28
2.4Gibbs表示中与吸附态有关的热力学量/ 32
2.4.1摩尔表面过剩量的定义/ 32
2.4.2微分表面过剩量的定义/ 33
2.5吸附过程中的热力学量/ 34
2.5.1微分吸附量的定义/ 34
2.5.2积分摩尔吸附量的定义/ 36
2.5.3微分和积分摩尔吸附量的优点及局限性/ 36
2.5.4积分摩尔吸附量的评估/ 37
2.6从一系列实验物理吸附等温线间接推导吸附量：等比容法/ 38
2.6.1微分吸附量/ 38
2.6.2积分摩尔吸附量/ 40
2.7由量热数据推导吸附量/ 41
2.7.1非连续过程/ 41
2.7.2连续过程/ 42
2.8测定微分吸附焓的其他方法/ 43
2.8.1浸润式量热法/ 43
2.8.2色谱法/ 44
2.9高压状态方程：单一气体和混合气体/ 44
2.9.1纯气体情况下/ 44
2.9.2混合气体情况下/ 46
参考文献/ 47 第3章气体吸附法
3.1引言/ 49
3.2表面过剩量（及吸附量）的测定/ 50
3.2.1气体吸附测压法（仅测量压力）/ 50
3.2.2重量法气体吸附（测量质量和压力）/ 56
3.2.3流量控制或监测条件下的气体吸附/ 59
3.2.4气体共吸附/ 62
3.2.5校准方法和修正/ 63
3.2.6其他关键方面/ 71
3.3气体吸附量热法/ 73
3.3.1可用设备/ 73
3.3.2量热程序/ 77
3.4吸附剂脱气/ 79
3.4.1脱气目标/ 79
3.4.2传统真空脱气/ 79
3.4.3CRTA控制的真空脱气/ 81
3.4.4载气脱气/ 82
3.5实验数据的呈现/ 83
参考文献/ 84 第4章固/液界面的吸附：热力学和方法学
4.1引言/ 87
4.2纯液体中固体浸润的能量/ 88
4.2.1热力学背景/ 88
4.2.2纯液体中浸润式微量热法实验技术/ 96
4.2.3纯液体浸润式微量热法的应用/ 101
4.3液体溶液中的吸附/ 110
4.3.1二元溶液吸附量的定量表达/ 111
4.3.2溶液吸附中能量的定量表示/ 117
4.3.3研究溶液吸附的基本实验方法/ 119
4.3.4溶液吸附的应用/ 126
参考文献/ 130 第5章气/固界面上物理吸附等温线的经典阐述
5.1引言/ 135
5.2纯气体的吸附/ 135
5.2.1与吉布斯吸附方程相关的方程：在可用表面上或微孔中的吸附相的描述/ 135
5.2.2Langmuir理论/ 139
5.2.3多层吸附/ 141
5.2.4Dubinin-Stoeckli理论：微孔填充/ 148
5.2.5Ⅵ 型等温线：物理吸附层的相变/ 150
5.2.6经验等温方程/ 153
5.3混合气体的吸附/ 155
5.3.1扩展的Langmuir模型/ 155
5.3.2理想吸附溶液理论/ 157
5.4结论/ 158
参考文献/ 158 第6章模拟多孔固体物理吸附
6.1引言/ 162
6.2多孔固体的微观描述/ 163
6.2.1结晶材料/ 163
6.2.2非结晶材料/ 164
6.3分子间势能函数/ 165
6.3.1吸附质/吸附剂相互作用的一般表达/ 165
6.3.2 “简单”吸附质/吸附剂体系的常用策略/ 167
6.3.3更“复杂”的吸附质/吸附剂体系示例/ 168
6.4表征计算工具/ 170
6.4.1引言/ 170
6.4.2可接触的比表面积/ 170
6.4.3孔体积/PSD/ 173
6.5模拟多孔固体物理吸附/ 174
6.5.1GCMC模拟/ 174
6.5.2量子化学计算/ 186
6.6模拟多孔固体中扩散/ 190
6.6.1基本原理/ 190
6.6.2单组分扩散/ 192
6.6.3混合气体扩散/ 195
6.7结论与未来挑战/ 196
参考文献/ 197 第7章通过气体吸附测定表面积
7.1引言/ 201
7.2BET方法/ 202
7.2.1简介/ 202
7.2.2BET图/ 203
7.2.3BET单层吸附量的有效性/ 205
7.2.4无孔和介孔吸附剂的BET面积/ 207
7.2.5微孔固体的BET吸附面积/ 211
7.2.6BET面积的一些应用/ 213
7.3等温线分析的经验方法/ 214
7.3.1标准吸附等温线/ 214
7.3.2t方法/ 215
7.3.3as方法/ 216
7.3.4对比图/ 218
7.4分形方法/ 219
7.5结论和建议/ 222
参考文献/ 223 第8章介孔的测定
8.1引言/ 228
8.2介孔体积、孔隙率和平均孔径/ 229
8.2.1介孔体积/ 229
8.2.2孔隙率/ 230
8.2.3液压半径和平均孔径/ 230
8.3毛细凝聚和Kelvin方程/ 231
8.3.1Kelvin方程的推导/ 231
8.3.2开尔文方程的应用/ 233
8.4介孔尺寸分布的经典计算/ 235
8.4.1基本原则/ 235
8.4.2计算过程/ 236
8.4.3多层吸附厚度/ 239
8.4.4Kelvin方程的有效性/ 240
8.5介孔尺寸分布的DFT计算/ 241
8.5.1基本原则/ 241
8.5.277K下的氮气吸附/ 244
8.5.387K下氩气吸附/ 245
8.6回滞环/ 246
8.7结论和建议/ 252
参考文献/ 252 第9章微孔评估
9.1引言/ 257
9.2气体物理吸附等温线分析/ 259
9.2.1经验法/ 259
9.2.2 Dubinin-Radushkevich-Stoeckli法/ 260
9.2.3 Horvath-Kawazoe（HK）法/ 262
9.2.4密度泛函理论/ 263
9.2.5壬烷预吸附法/ 264
9.2.6吸附物和温度的选择/ 266
9.3微量热法/ 267
9.3.1浸没微量热法/ 267
9.3.2气体吸附微量热法/ 269
9.4结论和建议/ 269
参考文献/ 270 第10章活性炭吸附
10.1引言/ 273
10.2活性炭：制备、性质和应用/ 274
10.2.1石墨/ 274
10.2.2富勒烯和纳米管/ 276
10.2.3炭黑/ 278
10.2.4活性炭/ 280
10.2.5超活性炭/ 283
10.2.6碳分子筛/ 284
10.2.7ACFs和碳布/ 285
10.2.8整体材料/ 286
10.2.9碳气凝胶和OMCs/ 287
10.3无孔碳的气体物理吸附/ 288
10.3.1氮气和二氧化碳在炭黑上的吸附/ 288
10.3.2稀有气体吸附/ 292
10.3.3有机蒸气吸附/ 295
10.4多孔碳气体物理吸附/ 297
10.4.1氩气、氮气和二氧化碳吸附/ 297
10.4.2有机蒸气吸附/ 306
10.4.3水蒸气吸附/ 311
10.4.4氦气吸附/ 316
10.5碳-液界面处的吸附/ 318
10.5.1浸润式量热仪/ 318
10.5.2溶液中的吸附/ 320
10.6LPH和吸附剂变形/ 322
10.6.1背景介绍/ 322
10.6.2激活入口/ 322
10.6.3低压滞后/ 323
10.6.4扩张和收缩/ 324
10.7活性炭表征：结论和建议/ 324
参考文献/ 325 第11章金属氧化物吸附
11.1引言/ 335
11.2二氧化硅/ 335
11.2.1热解二氧化硅和结晶二氧化硅/ 335
11.2.2 沉淀二氧化硅/ 342
11.2.3 硅胶/ 344
11.3氧化铝：结构、材质和物理吸附/ 352
11.3.1活性氧化铝的介绍/ 352
11.3.2原材料/ 353
11.3.3水合氧化铝的热分解/ 356
11.3.4活性氧化铝的/ 361
11.4二氧化钛粉末和凝胶/ 364
11.4.1二氧化钛颜料/ 364
11.4.2金红石：表面化学和气体吸附/ 365
11.4.3二氧化钛凝胶的孔隙率/ 370
11.5氧化镁/ 372
11.5.1非极性气体在无孔MgO上的物理吸附/ 372
11.5.2多孔形式MgO的物理吸附/ 374
11.6其他氧化物/ 377
11.6.1氧化铬凝胶/ 377
11.6.2氧化铁：FeOOH的热分解/ 379
11.6.3微晶氧化锌/ 381
11.6.4水合氧化锆凝胶/ 382
11.6.5氧化铍/ 385
11.6.6二氧化铀/ 386
11.7金属氧化物吸附性质的应用/ 388
11.7.1作为气体吸附剂、干燥剂的应用/ 388
11.7.2 作为气体传感器的应用/ 389
11.7.3 作为催化剂和催化剂载体的应用/ 389
11.7.4 颜料和填料应用/ 390
11.7.5 在电子产品中的应用/ 390
参考文献/ 390 第12章黏土、柱撑黏土、沸石和磷酸铝的吸附
12.1引言/ 397
12.2结构、形貌和层状硅酸盐吸附剂的性质/ 398
12.2.1结构和层状硅酸盐的形貌/ 398
12.2.2层状硅酸盐的气体物理吸附/ 402
12.3柱撑黏土（PILC）：结构和属性/ 411
12.3.1柱撑黏土的形成和属性/ 411
12.3.2 柱撑黏土对气体的物理吸附/ 412
12.4沸石：、孔隙结构和分子筛性质/ 415
12.4.1沸石的结构、和形貌/ 415
12.4.2分子筛沸石吸附剂性质/ 419
12.5磷酸盐分子筛：背景和吸附剂的性质/ 430
12.5.1磷酸盐分子筛的背景/ 430
12.5.2 铝磷酸盐分子筛吸附剂的性质/ 432
12.6黏土、沸石和磷酸盐基底的分子筛的应用/ 438
12.6.1黏土的应用/ 438
12.6.2沸石的应用/ 439
12.6.3 磷酸盐分子筛的应用/ 441
参考文献/ 441 第13章有序介孔材料的吸附
13.1引言/ 448
13.2有序介孔二氧化硅/ 449
13.2.1M41S系列/ 449
13.2.2SBA系列/ 459
13.2.3大孔的有序介孔二氧化硅/ 463
13.3表面功能化对吸附性质的影响/ 466
13.3.1金属氧化物结合到壁中/ 466
13.3.2 金属纳米粒子封装到孔中/ 469
13.3.3表面嫁接有机配体/ 470
13.4有序的有机硅材料/ 472
13.5复制材料/ 473
13.6结束语/ 475
参考文献/ 475 第14章金属有机框架材料（MOFs）的吸附
14.1引言/ 480
14.2MOFs的BET比表面积评估及意义/ 482
14.2.1BET比表面积的评估/ 482
14.2.2BET比表面积的意义/ 485
14.3改变有机配体性质的影响/ 486
14.3.1改变配体长度/ 486
14.3.2将配体功能化/ 490
14.4改变金属中心的影响/ 491
14.5改变其他表面位点性质的影响/ 497
14.6非框架物质的影响/ 501
14.7柔性MOF材料的特殊例子/ 503
14.7.1MIL-53（Al，Cr）/ 505
14.7.2MIL-53（Fe）/ 508
14.7.3Co（BDP）/ 510
14.8MOF材料的应用/ 512
14.8.1气体存储/ 513
14.8.2气体分离与纯化/ 513
14.8.3催化/ 514
14.8.4药物缓释/ 514
14.8.5传感器/ 515
14.8.6与其他吸附剂的比较/ 515
参考文献/ 515 索引/ 521

前言/序言

译者前言
吸附现象很早就为人们所认识，比如古时候活性炭就被用来脱色和除味。而对吸附原理及应用的研究则是在近的几十年间才迅速发展起来，并对我们的生产生活产生了重要影响，比如许多具有优良性能的吸附剂和催化剂的开发。这本由法国蒙比利埃大学G. Maurin教授等五位作者合著的《粉末与多孔固体材料的吸附》，正是将重要的粉末以及固态多孔物质的吸附原理、方法和应用进行了总结性回顾，能够为在相关领域从事学习和研究的人员带来全面、的基础知识方面的帮助。
全书共分为14章，其中第1～6章主要介绍气-固、液-固界面上吸附的热力学和方法学，以及吸附相关的基础理论和模拟研究，第7～9章主要介绍如何通过气体吸附法测定表面积以及如何对介孔和微孔进行评估，第10～14章则分别具体介绍了每一类典型的吸附材料，包括活性炭、金属氧化物、黏土、沸石、有序介孔材料、金属有机框架材料等。这种章节布局既能让初学者由简至深全面了解吸附的基本概念和理论，又能让研究者直奔主题查阅感兴趣的相关内容。
本书的翻译工作主要由陈建博士、周力博士和王奋英博士承担，还有几位研究生在初稿的翻译过程中也做了相应的工作。其中，在翻译初稿中，第1章由南昌大学周力博士承担，第2、9、14章由南昌大学的研究生袁雅芬承担，第3、4、10～13章由浙江师范大学的陈建博士承担，第5～8章由南昌大学王奋英博士承担；在二次审校定稿中，第1～9、13、14章由周力博士完成，第10～12章由王奋英博士完成。非常感谢各位译者在时间和精力上的付出，尤其是赵耀鹏博士在百忙之中为解答各种疑问所付出的辛劳。也特别感谢化学工业出版社的支持以及为稿件后期的处理所付出的辛勤工作。
受译者理论知识水平所限，书中难免会存在疏漏之处，欢迎读者朋友们提出，以帮助我们纠正。后，希望这本译著能够为各个层次阅读者的学习和工作带来有益的作用。
第二版前言
本书第二版的主要目标与版相同，那就是：努力对粉末和多孔固体吸附气体和液体的原理、方法及应用进行一个介绍性的回顾。
本书的着重点也如版，在于对实验数据的确定和解释，特别是具有技术重要性的吸附剂的表征。在过去的14年中，发展有序孔隙结构和模拟确定吸附体系这些技术领域获得了相当的进展。然而，仍有问题尚未解决，主要是对无序吸附剂表面积和孔径分布的评定。细心的读者将会发现一些章节出现了不同的观点，而我们希望这些能够激发未来更多的研究与讨论。
在第二版的撰写过程中我们意识到，在经典著作的背景下，非人员去理解吸附科学新进展的范围和限制，是件越来越难的事。因此，我们试图去总结和解释更重要的与多孔和非孔物质表面性质表征相关的进展的意义。
第二版新增的一个新章节是模拟多孔固体的吸附，这部分内容应该能够引起那些希望理解计算过程目的与意义的实验者的兴趣；新增的另一个章节主要介绍金属有机框架（MOF）结构的吸附性质，这一方向在近数年引起了许多关注。本书的其余部分也做了大幅修改，大部分主题都进行了重新排列和扩充，以使每个章节都尽量自成体系。
为解释和应用吸附方法提供有用的指导，我们挑选了我们自己和其他相关研究中的特殊例子，来论证每个章节中的原理。实际上，过去14年发表的关于吸附的新作品，其数量太多，并不适合在本书这样的篇幅中有效讨论，因此，我们不得不放弃对一些杰出科学家作品的引用。
本书中表达的许多观点间接地受益于我们与众多合作者和朋友间无数次富有成果且愉快的讨论。当然，所有直接相关的著作都以参考文献的形式列在每章的后。还有一些人值得特别提出感谢。除了版序言中出现的名字外，我们还要感谢：Peter Branton, Donald Carruthers, Renaud Denoyel, Tina Düren, Erich Müller, Alex Neimark, Jehane Ragai, ‘Paco’ Rodriguez-Reinoso, Randall Snurr, John Meurig Thomas, Petr Nachtigall, Matthias Thommes, Klaus Unger和Ruth Williams。感谢他们长期以来的支持与鼓励。
版前言
吸附过程持续增长的重要性（比如，在分离技术中、工业催化和污染控制中）导致新型吸附剂和催化剂方面的科技文献不断增加。而且，在过去的几十年中，各种各样的新程序也被引入到对吸附数据的解释中，特别是对微孔和介孔吸附的分析。新的进展，比如吸附能量学、网络渗流和密度泛函理论，相对于比较传统的表面覆盖和孔隙填充理论，其意义越来越难以评价，这已经毫不奇怪了。
在本书中，我们努力对粉末和多孔固体吸附气体和液体的原理、方法及应用进行一个介绍性的回顾。我们特别希望本书能够为那些从事吸附研究的所有学生和非人士提供参考。我们也相信本书中的一些章节，能够引起那些直接或间接关注分类详细的多孔固体材料的科学家、工程师和技术人员的兴趣。
我们明白现在很少有人能够有时间或者愿意逐页地去阅读一本科学书籍，而且，也知道有些读者希望查找的是简明的基本原理或方法，另一些读者则对比如活性炭或者氧化物的吸附性质更感兴趣。因为一些原因，我们没有采用更传统一些的物质分类方法，即每种理论之后紧跟着对它应用的详细描述。相反，这本书的结构框架是这样的：第1～5章对吸附的原理、热力学和方法学进行一个总的概述；第6～8章运用吸附方法讨论表面积和孔径大小（也是概述）；第9～12章介绍并讨论各种不同吸附剂（活性炭、氧化物、黏土、分子筛）的一些典型吸附等温线和能量学；第13章给出结论和。
这本书通篇的重点在于确定和解释吸附平衡和其中的能量学，而不太强调吸附动力学和化学工程方面的问题，当然这二者都是非常重要的课题，留给其他作者来完成。因为我们是想为吸附科学的初学者提供一些有用指导，所以我们的方式在一定程度上还是循规蹈矩的。基于此，本书并不能给出有关粉末与多孔固体吸附方方面面的全面讨论，而且其中涉及的物质也是有限的。鉴于书中只是选取了部分论文和其他的研究成果，有可能会引起吸附协会一些成员的不快。对此，我们只能解释为书中第13章中总结的，选取的内容只是出于解释和说明吸附基本原理的需要。
本书中的许多观点是在过去三四十年间由无数的合作研究发展而来的。许多合作者的名字就列在每章末尾给出的参考文献中。我们真诚地感谢所有同意此书出版的作者和出版商。为了保持清晰和比如数据单位的一致性，大部分的图片都经过了修改。
对以下合作者提供的信息我们要表达衷心的谢意，他们分别是：D. Avnir, F.S. Baker, F. Bergaya, M. Bienfait, R.H. Bradley, P.J. Branton, P.J.M. Carrott, J.M. Cases, B.R. Davis, M. Donohue, D.H. Everett, G. Findenegg, A. Fuchs, P. Grange, K.E. Gubbins, K. Kaneko, N.K. Kanellopoulos, W.D. Machin, A. Neimark, D. Nicholson, T. Otowa, R. Pellenq, F. Rodriguez- Reinoso, N.A. Seaton, J.D.F. Ramsay, G.W. Scherer, W.A. Steele, F. Stoeckli, J. Suzanne, J. Meurig Thomas, K.K. Unger和H. Van Damme。
特别的感谢要送给给予了我们很多宽容与鼓励的Y. Grillet, R. Denoyel和P.L. Llewellyn，还有为本书提供高质量插图的P. Chevrot以及在本书出版过程中始终如一辛勤工作的M.F. Fiori女士。
后，我们还要在此表达对S. John Gregg博士的深深敬意，他用超过60年时间，为吸附和表面科学领域做出了型的贡献。

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