10、沸石颗粒吸附动力学分析

沸石颗粒吸附动力学分析

1. 引言

沸石类固体颗粒由许多微小颗粒（如沸石晶体）组成，大部分吸附容量存在于这些微小颗粒中。颗粒间的空隙形成大孔网络，气体分子通过大孔扩散进入颗粒内部，在微孔孔口吸附后再向微孔内部扩散。

根据系统参数和操作条件，颗粒内的扩散过程可能由微孔扩散、大孔扩散或两者共同控制：
1. 微孔扩散 ：当分子通过大孔扩散进入颗粒内部的速度很快时，吸附过程由吸附分子向微孔内部的扩散控制。这种情况常见于小颗粒或分子尺寸接近微孔尺寸的情况。
2. 大孔扩散 ：当分子向微孔内的扩散速度很快时，吸附过程由分子通过大孔和中孔的能力控制。这种情况常见于大颗粒和分子尺寸远小于微孔尺寸的情况。
3. 大孔 - 微孔扩散 ：即双模态扩散模型，当颗粒尺寸处于中间范围时，两种扩散过程共同控制吸附。

接下来将依次探讨单组分微孔扩散（等温）、非等温单组分吸附、双模态扩散模型以及多组分吸附等情况。

2. 单组分微孔扩散（等温）

2.1 必要的通量方程

微孔内的扩散驱动力通常被认为是吸附物种的化学势梯度，而非浓度梯度。通量方程可表示为：
[J_{\mu} = - L C_{\mu} \frac{\partial \mu}{\partial z}]
其中，(L) 是与温度有关的迁移系数，(C_{\mu}) 是晶体中物种的浓度，(\mu) 是吸附相的化学势。

假设存在一个与吸附相平衡的假想气相，其化学势相等：
[\mu = \mu_{G} = \