材料吸附科学简介

发布于 2023-04-21 10:06

吸附 (Adsorption) 这个科学词汇,是由德国的物理学家 - 凯泽(Heinrich Gustav Johannes Kayser) ,于西元1881年所创,被用来描述粒子附著于材料表面的现象。这种现象被研究、理解之后,如今已经广泛地被应用在我们的日常生活中,比如说,口罩上带静电的纤维,会吸附空气中的灰尘、病菌,达到过滤的效果;滤水器放入麦饭石,会吸附杂质、将水净化;干燥剂吸附空气中的水分子来去除湿气。这些都是吸附的实际应用。

近年来,极端气候已经严重影响人们的生活与经济活动,其成因指向因为石化能源的过度使用,使得大量内含碳元素的温室气体分子,如一氧化碳、二氧化碳、甲烷...,逸散到空气中,进而造成日照所获的辐射热量累积过多、无法有效散去,进而严重影响原本的自然散热循环机制(植被、水系、洋流、冰层),产生极端气候。就像内分泌失调的身体,不但浑身都不对劲、还小疾大病不断。

为了设法降低空气中的温室气体,恢复过往的自然环境气候,科学家想方设法寻求有效解决方案,其中,「材料吸附」是一项广泛被研究探讨的科学领域。这种方法,利用材料本身的物质特性,将空气中的温室气体吸收附著,甚至将其取出并储存到别处之后,原来的材料还能重复使用。

在这类的研究当中,根据材料吸附的工作原理,被分成物理吸附 (Physical Adsorption) 与化学吸附 (Chemical Adsorption) 两种。物理吸附,囊括那些通过凡得瓦力 (van der Waals force) 将目标物质黏著在选定材料上的方法;而化学吸附,则是让目标物质与选定材料产生化学反应以后,得到另外一种化合物的方法。用于物理吸附方法的吸附材料,通常可以重复使用,比如除湿剂蒸干消除里面的水分之后,可以再次除湿。吸附之后,需要再设法把被吸附的物质取下储存。而化学吸附所形成的化合物,可以在刻意的条件设计下,不用二次处理,直接将成品用作它途。因此两种方法都有它的特定使用场合,跟各自的优缺点。

无论那一种吸附方法,首先要考虑的是吸附材料的效率、还有吸附材料本身是否容易且大量取得。其他还包含吸附过程所需给予的添加剂或能源,不能为了吸附眼前的温室气体却在其他看不到的地方,创造更多温室气体。比如电动车虽然不会在城市中排放温室气体,却需要在盖更多更大的火力发电厂,可能产生更多温室气体出来。再者,吸附的系统设置成本也是需要考量的因素,总不能大到执行单位无法负担的程度。因此科学家不断寻找、研究、试验这些新的吸附材料和方法,就是要找出最合适的解决方案。