吸附熱

當流體與多孔固體接觸時， 流體中某一組分或多個組分在固體表面處產生積蓄， 此現象稱為吸附。 吸附也指物質（主要是固體物質）表面吸住周圍介質（液體或氣體）中的分子或離子現象。

在液體或氣體表面生成一層原子或分子的現象。被吸附的原子或分子常被化學鍵牢牢吸住，即化學吸附。化學吸附中，被吸附層常為一個分子那麼厚的一薄層。吸附也可通過較弱的物理力發生，即物理吸附，通常形成幾個分子層。 ^[1] 

吸附屬於一種傳質過程，物質內部的分子和周圍分子有互相吸引的引力，但物質表面的分子，其中相對物質外部的作用力沒有充分發揮，所以液體或固體物質的表面可以吸附其他的液體或氣體，尤其是表面面積很大的情況下，這種吸附力能產生很大的作用，所以工業上經常利用大面積的物質進行吸附，如活性炭、水膜等。

物理吸附的吸附熱等於吸附質的凝縮熱與濕潤熱之和。當前者相對於後者很大時，可忽略濕潤熱。物理吸附的吸附熱一般為幾百到幾千焦耳每摩爾，最大不超過40kJ/mol。化學吸附過程的吸附熱比物理吸附過程的大，其數量相當於化學反應熱，一般為84-417kJ/mol。吸附温度也會影響吸附熱的大小。在實際操作中，吸附熱會導致吸附層温度升高，進而使吸附劑平均活性下降。

吸附過程產生的熱為吸附熱，吸附熱的大小可以衡量吸附強弱的程度，吸附熱越大，吸附越強。

吸附熱是衡量吸附劑吸附功能強弱的重要指標之一。

不同温度下的吸附等温線是過程模擬和設計所必需的。獲取的方法是通過測定各温度範圍內的多條吸附等温線，然後將等温線擬合為温度的函數。以往常因缺乏各温度下的實驗數據，採用假設吸附始終發生在等温的條件下，甚至假設各組份的吸附等温線均為線性，這樣的結果與工業的實際操作情況會有較大的差距，因此，通過較少的吸附等温線數據準確預測其它温度範圍內的等温線是很有實際意義的。胡濤等通過測定常温範圍的2個特定温度下的吸附等温線，利用計算所得的等量吸附熱預測其它温度下的吸附等温線，並與實驗測定值和內插法獲得的吸附等温線進行了比較，詳細考察了通過吸附熱預測等温線的準確性。同時還利用文獻數據，通過計算等量吸附熱，預測了較寬壓力和温度範圍的等温線數據，並與插值法和文獻的實驗數據進行了比較，探討方法的適用性。

結果表明：用吸附熱預測不同温度的等温線僅需兩温度下的吸附等温線數據。這樣的方法可以用於吸附過程模擬計算和設計中，解決需要不同温度下吸附等温線數據的問題。 ^[2] 

天然氣、氫氣以其熱值高、污染物排放少的優點受到了人們的喜歡。如何安全、經濟、有效的儲存這些氣體燃料還是一個沒有解決的課題。較熱門的研究活題是利用高比表面活性碳、碳納米管和碳納米纖維吸附儲存天然氣和氫氣，但是還遠遠沒有達到能實用的地步。原因之一是沒有一種吸附劑材料能達到實用的能量密度要求；之二是還沒有一種方法很好的解決吸脱附過程當中熱效應的問題。

吸脱附過程是一個放熱吸熱過程，任何速率的吸附或脱附過程都伴隨着吸附系統温升一温降現象的發生。學者周理利用Ax一21活性碳進行了吸附儲存天然氣和氫氣的研究，得出Ax一21活性碳吸附儲存天然氣的平均吸附熱為16.5kJ/mol，吸附儲存氫氣的平均吸附熱為6.4kJ/mol。吸脱附的熱效應對吸附系統的吸附過程和脱附過程有很大的負面作用：吸附過程中放熱，吸附系統的温度升高，温度升高將不利於吸附作用的進行，從而降低吸附量；脱附過程中吸熱，吸附系統的温度降低將不利於脱附作用的進行，將會增加脱附殘餘量。吸熱一放熱作用，可使吸附容量減少約40%。國內外的學者針對車用吸附儲存系統，對其吸附熱效應進行了大量的實驗和理論上的研究。美國聯台碳化物公司資助的NYSERDA（NewYorkstate energyresearch anddevelopmentauthority）和NYGAS（NewYorkgasgmup）聯合組織和AGLARG（Atlantagaslight adsorption researchgroup）國際合作組織一直致力於吸附法儲存天然氣汽車燃料技術的研究，他們的主要工作之一就是研究吸附熱對儲氣能力的影響及降低吸附熱影響的儲氣技術。

前人的實驗研究結果已經對吸附儲罐中的温度場分佈有了一個清楚的描述。但是吸附劑的特徵參數如孔徑分佈、填充密度，比表面積是否對吸附熱和吸附系統動態吸附儲量有影響還是一個未知的話題。還有一個有意思的問題：吸附性能越好的吸附劑，其動態吸附儲存量是否就越大（吸附性能好，吸附熱效應可能更強烈，殘餘吸附量可能會更多）。這些都需要從理論上和實驗得以驗證。對於碳納米管、碳納米纖維吸附儲存氫氣，確定碳納米管和碳納米纖維的熱物性參數，建立合適的數學模型描述吸附系統的動態特徵也是待解決的課題。 ^[3]