吸着

吸着とは、気体、液体、溶解した固体から表面への原子、イオン、分子の付着^[1]です。^{[2]このプロセスにより、}吸着剤の表面に吸着質の膜が形成されます。このプロセスは、流体（吸収質）が液体または固体（吸収剤）に溶解または浸透する吸収とは異なります。 ^[3]吸着は、吸収物質の吸収材料の体積への移動を含む吸収に先行することがよくありますが、一方、吸着は明確に表面現象であり、吸着質は材料表面を浸透して吸着剤の大部分に浸透しません。^[4]収着という用語は、吸着と吸収の両方を包含し、脱着は収着の逆です。

表面張力と同様に、吸着は表面エネルギーの結果です。バルク材料では、材料の構成原子のすべての結合要件（イオン結合、共有結合、金属結合など）は、材料内の他の原子によって満たされます。ただし、吸着剤の表面にある原子は他の吸着原子に完全に囲まれているわけではないため、吸着物質を引き付けることができます。結合の正確な性質は関与する種の詳細によって異なりますが、吸着プロセスは一般に物理吸着（弱いファンデルワールス力の特性）または化学吸着（共有結合の特性）に分類されます。また、静電引力によって発生することもあります。^{[6] [7]}吸着の性質は、吸着された種の構造に影響を及ぼす可能性があります。たとえば、溶液からのポリマーの物理吸着により、表面に押しつぶされた構造が生じる可能性があります。^[8]

吸着は多くの自然、物理、生物、化学システムに存在し、不均一触媒、^{[9] [10]} 活性炭、廃熱を捕捉して空調やその他のプロセス要件用の冷水を提供するための吸着式冷凍機、合成樹脂、炭化物由来の炭素の貯蔵容量の増加、および浄水などの産業用途で広く使用されています。^[11]吸着、イオン交換、およびクロマトグラフィーは、特定の吸着質が流体相から容器に浮遊するかカラムに詰められた不溶性の剛性粒子の表面に選択的に移動する収着プロセスです。特定の薬物またはその一部への神経学的曝露を延長する手段として吸着を使用する製薬産業の用途^[要出典]はあまり知られていません。

「吸着」という言葉は、1881年にドイツの物理学者ハインリヒ・カイザー（1853-1940）によって造られた。^[12]

ガスや溶質の吸着は通常、等温線、すなわち一定温度における吸着剤上の吸着物の量をその圧力（ガスの場合）または濃度（液相溶質の場合）の関数として表すことにより説明される。吸着量は、異なる材料の比較を可能にするために、ほぼ常に吸着剤の質量によって正規化される。現在までに、15種類の異なる等温線モデルが開発されている。^[13]

等温線への最初の数学的近似は、フロイントリッヒとクスター（1906）によって発表されたもので、気体吸着質に対する純粋に経験的な式である。

${\displaystyle {\frac {x}{m}}=kP^{1/n},}$

ここで、は吸着された吸着質の質量、は吸着剤の質量、は吸着質の圧力（気体ではなく溶液を調べる場合は濃度に変更できます）、およびは特定の温度における各吸着剤と吸着質のペアに対する経験定数です。この関数は、実際には圧力が無制限に増加すると漸近最大値を持つため、非常に高い圧力では適切ではありません。温度が上昇すると、定数およびは、吸着量の増加が遅くなり、表面を飽和させるにはより高い圧力が必要になるという経験的観察を反映して変化します。 ${\displaystyle x}$${\displaystyle m}$${\displaystyle P}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$${\displaystyle x/m}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$

アーヴィング・ラングミュアは、 1918年に初めて科学的根拠に基づいた吸着等温線を導出しました。 ^[14]このモデルは、固体表面に吸着されたガスに適用されます。これは、統計熱力学に基づいて導出された、運動論的根拠を持つ半経験的等温線です。これは、その単純さとさまざまな吸着データに適合する能力のため、最も一般的に使用される等温線方程式です。これは、4つの仮定に基づいています。

1. すべての吸着部位は同等であり、各部位には 1 つの分子しか収容できません。
2. 表面はエネルギー的に均一であり、吸着された分子は相互作用しません。
3. 相転移はありません。
4. 最大吸着では、単層のみが形成されます。吸着は表面の局所的な部位でのみ起こり、他の吸着質とは起こりません。

これら 4 つの仮定がすべて正しいことはめったにありません。表面には常に欠陥があり、吸着分子は必ずしも不活性ではなく、表面に最初に吸着する分子と最後に吸着する分子のメカニズムは明らかに同じではありません。4 番目の条件は最も厄介で、単分子層にはより多くの分子が吸着することがよくあります。この問題は、比較的平坦な (非微細孔) 表面に対する BET 等温線によって対処されます。それでも、ラングミュア等温線はほとんどの吸着モデルの第一選択であり、表面速度論 (通常、ラングミュア - ヒンシェルウッド速度論と呼ばれる) や熱力学で多くの用途があります。

ラングミュアは、吸着は次のようなメカニズムで起こると提唱しました。ここで、Aはガス分子、Sは吸着部位です。直接および逆速度定数はkおよびk ₋₁です。表面被覆率 を、平衡状態で占有される吸着部位の割合として 定義すると、次の式が得られます。${\displaystyle A_{\text{g}}+S\rightleftharpoons AS}$${\displaystyle \theta}$

${\displaystyle K={\frac {k}{k_{-1}}}={\frac {\theta }{(1-\theta )P}},}$

または

${\displaystyle \theta ={\frac {KP}{1+KP}},}$

ここで、 はガスの分圧または溶液のモル濃度です。 非常に低い圧力の場合は、高い圧力の場合は です。 ${\displaystyle P}$${\displaystyle \theta \approx KP}$${\displaystyle \theta \approx 1}$

の値を実験的に測定するのは困難です。通常、吸着質は気体であり、吸着量はモル、グラム、または標準温度および圧力(STP) での吸着剤 1 グラムあたりのガス体積で表されます。v _{mon を、}吸着剤上に単分子層を形成するために必要な吸着質の STP 体積 (吸着剤 1 グラムあたり) とすると、直線の式が得られます。 ${\displaystyle \theta}$${\displaystyle \theta ={\frac {v}{v_{\text{mon}}}}}$

${\displaystyle {\frac {1}{v}}={\frac {1}{Kv_{\text{mon}}}}{\frac {1}{P}}+{\frac {1}{v_ {\text{月}}}}。}$

傾きとy切片から、特定の温度における各吸着剤と吸着質のペアの定数であるv _monとKを取得できます。 v _{mon は}、理想気体の法則によって吸着部位の数に関連付けられます。 部位の数が、固体の全​​面積を吸着質分子の断面積で割った値であると仮定すると、吸着剤の表面積を簡単に計算できます。 吸着剤の表面積はその構造によって決まります。細孔の数が多いほど表面積が大きくなり、表面での反応に大きな影響を与えます。

複数のガスが表面に吸着する場合、 を空サイトの割合として定義し、次の式が成り立ちます。 ${\displaystyle \theta _{E}}$

${\displaystyle \theta _{E}={\dfrac {1}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}.}$

また、j番目のガスが占めるサイトの割合として定義することもできます。 ${\displaystyle \theta_{j}}$

${\displaystyle \theta _{j}={\dfrac {K_{j}P_{j}}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}},}$

ここで、i は吸着するガスのそれぞれです。

注記：

1) ラングミュア方程式とフロイントリッヒ方程式のどちらを選択するかは、吸着エンタルピーを調べる必要がある。^[15]ラングミュアモデルでは、吸着エネルギーは表面占有率に関わらず一定であると仮定しているが、フロイントリッヒ方程式は、結合部位が占有されるにつれて吸着熱が継続的に減少するという仮定に基づいて導出されている。^[16]データの最適な適合に基づいてモデルを選択することは、よくある誤解である。^[15]

2) ラングミュア モデルの線形化形式の使用は、もはや一般的な方法ではありません。計算能力の向上により、データ変換が不要になったため、非線形回帰を迅速かつ高い信頼性で実行できるようになりました。

多くの場合、分子は多層構造を形成します。つまり、すでに吸着されている分子の上に一部が吸着され、ラングミュアの等温線は有効ではありません。1938 年に、スティーブン・ブルナウアー、ポール・エメット、エドワード・テラーは、その可能性を考慮したモデル等温線を開発しました。彼らの理論は、彼らの姓の頭文字にちなんでBET 理論と呼ばれています。彼らはラングミュアのメカニズムを次のように修正しました。

A _(g) + S ⇌ AS、

A _(g) + AS ⇌ A ₂ S、

A _(g) + A ₂ S ⇌ A ₃ S など。

式の導出はラングミュアのものより複雑です (完全な導出についてはリンクを参照してください)。次の式が得られます。

${\displaystyle {\frac {x}{v(1-x)}}={\frac {1}{v_{\text{mon}}c}}+{\frac {x(c-1)}{v_{\text{mon}}c}},}$

ここで、xは圧力をその温度での吸着質の蒸気圧で割った値 (通常は と表記)、vは吸着された吸着質の STP 体積、v _monは単分子層を形成するのに必要な吸着質の量の STP 体積、c はラングミュア等温線で使用した平衡定数Kに吸着質の蒸気圧を乗じた値です。BET 方程式を導出する際に使用される重要な仮定は、最初の層を除くすべての層の連続吸着熱が、吸着質の凝縮熱に等しいというものです。 ${\displaystyle P/P_{0}}$

通常、ラングミュア等温線は化学吸着に適しており、BET 等温線は非微細孔表面の物理吸着に適しています。

他の例では、固体表面にすでに吸着されているガス分子間の分子間相互作用が、気相中のガス分子と有意な相互作用を形成する。したがって、表面へのガス分子の吸着は、固体表面にすでに存在するガス分子の周囲で起こる可能性が高く、ラングミュアの吸着等温線はモデリングの目的では無効になる。この効果は、窒素が吸着質でタングステンが吸着剤であるシステムで、1957年にポール・キスリウク（1922–2008）によって研究された。^[17]基板表面に存在する分子の周囲で吸着が起こる可能性が増加することを補うために、キスリウクは、分子が気相中の固体吸着剤と吸着質との界面で前駆状態に入るという前駆状態理論を開発した。ここから、吸着質分子は吸着剤に吸着するか、気相に脱着する。前駆状態から吸着が起こる確率は、すでに吸着されている他の吸着分子に対する吸着質の近さに依存します。前駆状態の吸着分子が、すでに表面に形成されている吸着分子に近接している場合、その吸着分子は S _{E定数の大きさに反映される付着確率を持ち、} k _ECの速度で前駆状態から吸着されるか、 k _ESの速度で気相に脱着されます。吸着分子が、以前に吸着された他の吸着分子から離れた場所で前駆状態に入る場合、付着確率は S _D定数の大きさに反映されます。

これらの係数は、以下で説明する「固着係数」k _Eと呼ばれる単一の定数の一部として組み込まれました。

${\displaystyle k_{\text{E}}={\frac {S_{\text{E}}}{k_{\text{ES}}S_{\text{D}}}}.}}$

S _{D は}Langmuir モデルで考慮される要因によって決まるため、S _{D は}吸着速度定数であると想定できます。ただし、Kisliuk モデルの速度定数 ( R ') は Langmuir モデルの速度定数とは異なります。R 'は拡散が単層形成に与える影響を表すために使用され、システムの拡散係数の平方根に比例します。Kisliuk 吸着等温線は次のように表されます。ここで、θ _{( t )}は吸着剤が吸着質で覆われる割合、tは浸漬時間です。

${\displaystyle {\frac {d\theta _{(t)}}{dt}}=R'(1-\theta )(1+k_{\text{E}}\theta ).}$

θ _{( t )}を解くと次の式が得られます。

${\displaystyle \theta _{(t)}={\frac {1-e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}{1+k_{\text{E}}e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}}.}$

吸着定数は平衡定数なので、ファントホッフの式に従います。

${\displaystyle \left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta }=-{\frac {\Delta H}{R}}.}$

式からわかるように、Kの変化は等比体積、つまり一定の被覆率でなければならない。BET等温線から始めて、液化と吸着のエントロピー変化が同じであると仮定すると、次の式が得られる。

${\displaystyle \Delta H_{\text{ads}}=\Delta H_{\text{liq}}-RT\ln c,}$

つまり、吸着は液化よりも発熱が大きいということです。

表面または界面への分子の集合体の吸着は、吸着と脱着の 2 つのプロセスに分けられます。吸着速度が脱着速度に勝る場合、分子は時間の経過とともに蓄積され、時間の経過とともに吸着曲線を形成します。脱着速度が大きい場合、表面上の分子の数は時間の経過とともに減少します。吸着速度は、温度、溶質の拡散速度 (純粋なガスの平均自由行程に関連)、および分子と表面間のエネルギー障壁に依存します。拡散と吸着速度の重要な要素は、フィックの拡散の法則とアインシュタインの関係 (運動論)を使用して計算できます。理想的な条件下では、エネルギー障壁がなく、拡散して表面に衝突するすべての分子が吸着される場合、無限面積の表面上の面積の表面に吸着される分子の数は、フィックの微分方程式の第 2 法則から直接積分され、次のようになります。^[18]${\displaystyle \ガンマ}$${\displaystyle A}$

${\displaystyle \Gamma =2AC{\sqrt {\frac {Dt}{\pi }}}}$

ここで、は表面積（単位 m ²）、はバルク溶液中の分子の数濃度（単位 #/m ³）、は拡散定数（単位 m ² /s）、は時間（単位 s）です。 この式のさらなるシミュレーションと分析^[19]により、時間の平方根依存性は、理想的な吸着条件下での表面近くの濃度の減少に起因することが示されています。 また、この式は、表面近くに良好な濃度勾配が形成される吸着の開始時にのみ機能します。 吸着領域の減少と濃度勾配の発達の減速に対する補正は、より長い時間にわたって考慮する必要があります。^[20] 実際の実験条件では、流れと小さな吸着領域により、常にこの式が予測するよりも吸着速度が速くなり、エネルギー障壁は表面引力によってこの速度を加速するか、表面反発によってこの速度を遅くします。 したがって、この式からの予測は、実験結果から数桁から数桁離れていることがよくあります。大きな表面上の非常に小さな吸着面積や、表面近くに濃度勾配がない化学平衡などの特殊なケースでは、この式は、特定の測定における特定の値を決定するために特別な注意を払って吸着速度を予測するのに役立ちます。^[19]${\displaystyle A}$${\displaystyle C}$${\displaystyle D}$${\displaystyle t}$${\displaystyle t}$

表面からの分子の脱着は、分子の表面への結合エネルギーと温度に依存します。したがって、典型的な全体的な吸着速度は、多くの場合、吸着と脱着の組み合わせの結果です。

1980年以来、吸着を説明し、機能する方程式を得るために2つの理論が研究されてきました。これら2つは、カイ仮説、量子力学的導出、過剰表面仕事（ESW）と呼ばれています。^[21]これらの理論は両方とも、平面に対して同じ方程式を生み出します。

${\displaystyle \theta =(\chi -\chi _{c})U(\chi -\chi _{c})}$

ここで、U は単位ステップ関数です。他の記号の定義は次のとおりです。

${\displaystyle \theta :=n_{\text{ads}}/n_{m},\quad \chi :=-\ln {\bigl (}-\ln {\bigl (}P/P_{\text{vap}}{\bigr )}{\bigr )}}$

ここで、「ads」は「吸着」を意味し、「m」は「単分子層当量」を意味し、「vap」は固体サンプルと同じ温度での液体吸着剤の蒸気圧を指します。単位関数は、次のように最初の吸着分子の吸着モルエネルギーの定義を作成します。

${\displaystyle \chi _{c}=:-\ln {\bigl (}-E_{a}/RT{\bigr )}}$

吸着対のプロットはカイプロットと呼ばれます。平坦な表面の場合、カイプロットの傾きから表面積が得られます。経験的に、このプロットはマイケル・ポラニー^{[22] [23] [24]}やヤン・ヘンドリック・デ・ブール、コーネリス・ツウィッカー^[25]によって等温線に非常によく適合することが指摘されましたが、追求されませんでした。これは、前者の場合はアルバート・アインシュタイン、後者の場合はブルナウアーによる批判によるものです。この平坦な表面方程式は、通常の比較曲線の伝統において「標準曲線」として使用できますが、多孔質サンプルの対のプロットの初期の部分は自己標準として機能します。この技術を使用して、超微細多孔質、微細多孔質、およびメソ多孔質の状態を分析できます。多孔質サンプルを含む完全な等温線適合の標準偏差は、通常 2% 未満です。 ${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi}$${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi}$

この物理吸着の説明では、吸着エントロピーがデュビニンの熱力学的基準と一致していることに注目してください。つまり、液体状態から吸着状態への吸着エントロピーはほぼゼロです。

吸着剤は通常、流体力学的半径が0.25～5mmの球状ペレット、ロッド、成形品、またはモノリスの形で使用されます。吸着剤は、高い耐摩耗性、高い熱安定性、および小さな細孔径を備えている必要があります。これにより、露出表面積が大きくなり、吸着能力が高くなります。また、吸着剤は、ガス状蒸気の高速輸送を可能にする明確な細孔構造を備えている必要があります。^[26] ほとんどの工業用吸着剤は、次の3つのクラスのいずれかに分類されます。

• 酸素含有化合物 – 典型的には親水性で極性があり、シリカゲル、石灰石（炭酸カルシウム）^[27]、ゼオライトなどの物質が含まれます。
• 炭素ベースの化合物 – 通常は疎水性で非極性であり、活性炭やグラファイトなどの材料が含まれます。
• ポリマーベースの化合物 – ポリマーマトリックス内の官能基に応じて、極性または非極性になります。

シリカゲルは、化学的に不活性で、毒性がなく、極性があり、寸法的に安定している（< 400 °C または 750 °F）SiO ₂の非晶質形態です。これは、ケイ酸ナトリウムと酢酸の反応によって生成され、その後、熟成、酸洗いなどの一連の後処理プロセスが続きます。これらの後処理方法により、さまざまな細孔サイズ分布が得られます。

シリカは、プロセス空気（酸素、天然ガスなど）の乾燥や、天然ガスからの重質（極性）炭化水素の吸着に使用されます。

ゼオライトは、繰り返しの細孔ネットワークを持ち、高温で水を放出する 天然または合成の結晶性アルミノケイ酸塩です。ゼオライトは極性を持っています。

これらは、オートクレーブ内でアルミノケイ酸ナトリウムまたは他のシリカ源を水熱合成し、その後特定の陽イオン（Na ⁺、Li ⁺、Ca ²⁺、K ⁺、NH ₄ ^{+ ）でイオン交換することによって製造されます。ゼオライトケージのチャネル直径は通常 2 ～ 9} Åです。イオン交換プロセスの後に結晶を乾燥させ、バインダーでペレット化してマクロ多孔質ペレットを形成します。

ゼオライトは、プロセス空気の乾燥、天然ガスからの CO2 除去、改質ガスからの CO 除去、空気分離、_接触分解、接触合成および改質 に使用されます。

非極性（珪質）ゼオライトは、アルミニウムを含まないシリカ源から、またはアルミニウムを含むゼオライトの脱アルミニウム化によって合成されます。脱アルミニウム化プロセスは、通常 500 °C（930 °F）を超える高温でゼオライトを蒸気で処理することによって行われます。この高温熱処理により、アルミニウムと酸素の結合が破壊され、アルミニウム原子がゼオライト構造から追い出されます。

「吸着」という用語自体は、 1881年にハインリヒ・カイザーによって炭素によるガスの吸収という文脈で造られた。^[28]

活性炭は、グラファイト格子を持つ微結晶からなる、非常に多孔質の非晶質固体で、通常は小さなペレットまたは粉末の形で製造されます。非極性で安価です。主な欠点の 1 つは、中程度の温度 (300 °C 以上) で酸素と反応することです。

活性炭は、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭、亜炭）、泥炭、木材、またはナッツの殻（ココナッツなど）などの炭素質材料から製造できます。製造プロセスは、炭化と活性化の2つの段階で構成されています。^{[29] [30]}炭化プロセスには、乾燥と加熱が含まれます。これにより、タールやその他の炭化水素などの副産物が原料から分離され、発生したガスが除去されます。このプロセスは、燃焼をサポートできない酸素のない雰囲気で材料を400 °C（750 °F）以上に加熱することで完了します。次に、炭化された粒子は、通常は高温の蒸気または二酸化炭素である酸化剤にさらすことで「活性化」されます。この剤は、炭化段階で生成された細孔を塞ぐ構造を燃やし、多孔質の3次元グラファイト格子構造を形成します。活性化中に形成される細孔のサイズは、この段階で費やした時間の関数です。露出時間が長くなると、細孔サイズが大きくなります。最も人気のある水相炭素は、硬度、耐摩耗性、細孔サイズ分布、低コストなどの理由からビチューメンベースですが、最適な製品を決定するには、各アプリケーションでその有効性をテストする必要があります。

活性炭は有機物^[31]や非極性吸着剤の吸着に使用され、通常は廃ガス（および廃水）処理にも使用されます。活性炭は、その化学的性質（表面基など）と物理的性質（細孔サイズ分布や表面積など）のほとんどを必要に応じて調整できるため、最も広く使用されている吸着剤です。^[32]また、その有用性は、大きなミクロ細孔（場合によってはメソ細孔）容積と、その結果生じる高い表面積に由来しています。最近の研究では、活性炭が多重汚染システムから有毒金属の陽イオン種を吸着する効果的な物質であると報告されており、また、裏付けとなる証拠とともに考えられる吸着メカニズムも提案されています。^[33]

表面への水の吸着は、化学工学、材料科学、触媒において幅広い重要性を持っています。表面水和とも呼ばれる固体の表面に物理的または化学的に吸着された水が存在することは、幅広いシステムにおける界面特性、化学反応経路、触媒性能を決定する上で重要な役割を果たします。物理的に吸着された水の場合、表面水和は、水が完全に蒸発できる温度と圧力の条件で乾燥させるだけで除去できます。化学的に吸着された水の場合、水和は、H _{2 O分子が表面に吸着した-Hと-OHに解離する}解離吸着、または個々の水分子がそのまま残る分子吸着（会合吸着）のいずれかの形で起こります^[34]

水吸着剤を含む Linde 13X などの合成ゼオライトは、低コスト (200 ドル/トン) かつサイクル率が高い (2,000 回) ことから、最近、熱エネルギー貯蔵 (TES)、特に低品位の太陽熱や廃熱の貯蔵に利用されて、学術的および商業的に大きな関心を集めています。EU では、2000 年から現在 (2020 年) にかけて、いくつかのパイロット プロジェクトに資金提供が行われています。^[要出典]基本的な概念は、太陽熱エネルギーを化学潜熱としてゼオライトに貯蔵することです。通常、平板型ソーラー コレクターからの高温の乾燥空気がゼオライト層に流され、存在する水吸着剤が追い出されます。貯蔵は、ゼオライトの容量と太陽熱パネルの面積に応じて、日中、週ごと、月ごと、さらには季節ごとに行うことができます。夜間、日照時間のない時間、または冬に熱が必要な場合は、加湿した空気がゼオライトに流れます。湿気がゼオライトに吸着されると、熱が空気中に放出され、その後建物の空間に放出されます。ゼオライトを特に使用したこの形式のTESは、1978年にジョン・ゲラによって初めて教えられました。^[35]

炭素回収・貯留用に提案されている典型的な吸着剤は、ゼオライトとMOFである。^[36]吸着剤はカスタマイズできるため、吸収に代わる魅力的な選択肢となる可能性がある。吸着剤は温度や圧力の変動によって再生できるため、このステップでは吸収再生法よりもエネルギー消費が少なくて済む。^[37]炭素回収における吸着コストに関する主な問題は、吸着剤の再生、質量比、溶媒/MOF、吸着剤のコスト、吸着剤の製造、吸着剤の寿命である。^[38]

吸着促進水性ガスシフト（SEWGS）技術では、固体吸着に基づく燃焼前炭素回収プロセスと水性ガスシフト反応（WGS）を組み合わせて高圧水素流を生成します。^[39]生成_されたCO2ストリームは貯蔵したり、他の産業プロセスに使用したりできます。^[40]

タンパク質吸着は、生体材料の分野で基本的な役割を果たすプロセスです。実際、血液や血清などの生物学的媒体と接触する生体材料の表面は、すぐにタンパク質で覆われます。したがって、生きた細胞は生体材料の表面と直接相互作用するのではなく、吸着されたタンパク質層と相互作用します。このタンパク質層は、生体材料と細胞間の相互作用を仲介し、生体材料の物理的および化学的特性を「生物学的言語」に変換します。^[41]実際、細胞膜 受容体はタンパク質層の生物活性部位に結合し、これらの受容体-タンパク質結合イベントは、細胞膜を介して、特定の細胞内プロセスを刺激する方法で伝達され、その後、細胞の接着、形状、成長、および分化を決定します。タンパク質吸着は、表面の濡れ性、表面の化学組成^[42]、および表面のナノメートルスケールの形態など、多くの表面特性の影響を受けます。^[43] 界面活性剤吸着は同様の現象ですが、タンパク質の代わりに界面活性剤分子を使用します。^[44]

吸着式チラーは、吸着剤と冷媒を組み合わせて、熱を利用して冷却効果を生み出します。この熱は温水の形で、工業プロセスからの廃熱、太陽熱設備からの主熱、ピストン エンジンやタービンの排気熱やウォーター ジャケット熱など、さまざまな工業源から供給されます。

吸着式冷凍機と吸収冷凍機には類似点があるが、前者はガスと固体の相互作用に基づいている。冷凍機の吸着室には固体材料（ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭、または特定の種類の金属塩など）が充填されており、中性状態では冷媒を吸着している。加熱されると、固体は冷媒蒸気を脱着（放出）し、その後冷却されて液化される。この液体冷媒は、蒸発エンタルピーによって蒸発器で冷却効果を発揮する。最終段階では、冷媒蒸気が固体に（再）吸着される。^[45]吸着式冷凍機はコンプレッサーを必要としないため、比較的静かである。

ポータル サイト媒介吸着は、さまざまな吸着サイトを含む金属触媒システムにおけるサイト選択的活性ガス吸着のモデルです。このようなシステムでは、低配位の「エッジとコーナー」の欠陥のようなサイトは、高配位 (基底面) サイトよりも大幅に低い吸着エンタルピーを示すことがあります。その結果、これらのサイトは、表面の残りの部分への非常に急速な吸着の「ポータル」として機能することができます。この現象は、一般的な「スピルオーバー」効果 (以下で説明) に依存しており、特定の吸着種が一部の表面で高い移動性を示します。このモデルは、表面がさまざまな配位構造で存在できる触媒システムにおけるガス吸着の熱力学と速度論の一見矛盾する観察を説明し、相乗効果が見られる二金属触媒システムにうまく適用されています。

純粋なスピルオーバーとは対照的に、ポータル サイト吸着は、非吸着性サポート表面ではなく、隣接する吸着サイトへの表面拡散を指します。

このモデルは、ブラントら(1993)によってシリカ担持白金上の一酸化炭素について初めて提案されたようです。 ^[46]同様だが独立したモデルがキングと共同研究者によって開発され^{[47] [48] [49]、}シリカ担持アルカリ促進ルテニウム、銀-ルテニウム、銅-ルテニウム二元金属触媒上の水素吸着を記述しました。同じグループがこのモデルを CO 水素化 (フィッシャー・トロプシュ合成) に適用しました。^[50]その後、ズパンクら(2002) はマグネシア担持セシウム-ルテニウム二元金属触媒上の水素吸着について同じモデルを確認しました。^[51]トレンスら(2009) は同様に、さまざまな形態の炭素担持 Pt 粒子上の CO 表面拡散を記述しました。^[52]

金属種が支持（またはキャリア）材料（多くの場合、アルミナやシリカなどの準不活性酸化物）上に分散されている触媒または吸着システムの場合、吸着が熱力学的に不利な条件下では、吸着種が支持表面に間接的に吸着する可能性があります。金属の存在は、ガス種が最初に金属に吸着し、次に支持表面に拡散するための低エネルギー経路として機能します。これは、吸着種が金属に吸着すると低エネルギー状態になり、ガス相種と支持吸着種の間の活性化障壁が低くなるため可能です。

水素のスピルオーバーは、吸着スピルオーバーの最も一般的な例です。水素の場合、吸着はほとんどの場合、分子状水素 (H ₂ ) から原子状水素 (H) への解離を伴い、その後、存在する水素原子のスピルオーバーが起こります。

スピルオーバー効果は不均一触媒や吸着における多くの観察結果を説明するために使われてきた。^[53]

ポリマー表面への分子の吸着は、非粘着性コーティングの開発やさまざまな生体医療機器など、多くの用途の中心となっています。ポリマーは、高分子電解質吸着によって表面に吸着されることもあります。

吸着はウイルスのライフサイクルの最初のステップです。次のステップは、侵入、脱殻、合成（必要な場合は転写、翻訳）、放出です。この点では、ウイルスの複製サイクルはすべてのタイプのウイルスで同様です。ウイルスが細胞の核にゲノム情報を統合できる場合、またはウイルスが細胞の細胞質内で直接複製できる場合は、転写などの要素が必要になる場合と、必要にならない場合があります。

テトリスは、ゲームプレイ中に4つのブロックが表面に吸着されるパズルゲームです。科学者は、テトリスのブロックを「複雑な形状の分子の代理として」、また「平らな表面への吸着」を利用して、ナノ粒子の熱力学を研究してきました。^{[54] [55]}

• アダトム
• クライオ吸着
• 二重偏光干渉計
• 流動床濃縮装置
• ケルビンプローブ力顕微鏡
• マイクロメリティクス
• 分子ふるい
• ポランニー吸着
• 圧力スイング吸着
• ランダムシーケンシャル吸着
• 水素結合有機骨格