亚稳平衡态吸附(MEA)理论——传统吸附热力学理论面临的挑战与发展

摘要

传统吸附热力学是建立在吸附密度 (吸附量 ,mol m2 )为热力学状态函数的基础之上的 .MEA理论指出 ,实际反应的吸附密度具有非状态函数的本质 .在这个新的基础之上推导所得的MEA不等式指出 :传统定义的吸附反应平衡常数具有热力学非常数性 ,它从根本上受反应过程 (如可逆性、动力学 )的影响 ,因此无法用来准确描述实际反应的平衡特征 .只有建立可以描述亚稳平衡态吸附的理论体系 ,才有可能准确表征实际吸附反应的平衡限度 .本文综述了MEA理论的宏观热力学原理以及应用该理论解决实际环境科学问题的 3个范例 .一是用MEA理论解释了国际上界面吸附领域中长期悬而未解的“固体浓度效应”问题 .二是用MEA理论发现了环境生物地球化学中磷循环所遵循的一个基本原理和规律 .三是用MEA原理改造地球化学与土壤化学中常用的固液分配系数 (Kd)的定义 (即重新定义Kd) .这 3个范例分别代表了由MEA概念所引发的新的研究方向 .最后介绍了从分子水平实验验证和发展MEA理论的最新结果以及用XAFS(X光精细结构吸收光谱 )所发现的金属离子在水合金属氧化物表面上吸附的微观机制 .这一发现可以统一解释金属离子在水合金属氧化物表面上静电吸附、离子交换吸附、非离子交换吸附、外层表面络合物、内层表面络合物、表面沉淀等作用?