IAST 全称 Ideal Adsorbed Solution Theory，即理想吸附溶液理论，是一种可用于描述双组分混合气体吸附的理想模型。随着近些年对多组分，特别是双组分气体吸附体系的研究，比如氮气/氧气系统、乙烷/乙烯系统、甲烷/二氧化碳等混合气体的分离技术的关注，利用单组分气体物理吸附等温线，结合 IAST 理论，就可以简单预估双组分混合气体的吸附选择性。

IAST 的核心思想，是将吸附平衡时吸附剂表面的吸附层混合物看作是理想混合溶液，混合吸附层内各组分活度为 1。同时引入拉乌尔定律，这里有：

这里 P 为混合气体总压，yi 为气体组分 i 的气相摩尔分数，xi 为吸附层混合物中组分 i 的摩尔分数。Pio 为纯物质 i 在吸附平衡时的气体压力，此压力在吸附剂表面产生表面扩散压 π 与混合气体中组分 i 在吸附剂表面产生的扩散压 π 相等。

如果大家看过之前的应用笔记，应该对吉布斯 Gibbs 吸附等温线式还有印象。

通过 Gibbs 吸附等温式，我们有：

上式中，A 为吸附剂比表面积，T 为吸附温度，nio 为纯物质 i 的等温吸附量。nio = f(Pio)，f(Pio) 即是纯物质 i 的吸附等温线，i 可以是氮气、甲烷、氧气或烷烃等等。式（1）和（2）为 IAST 理论的核心公式，通过它们，我们就可以计算双组分混合气体的吸附选择性。

分析案例

为此，这里选取了一种沸石材料，用于分离氮气（组分1）和氧气（组分2），以此作为计算分析案例。氮气和氧气混合气体的总压为 760 mmHg，需要计算氮气摩尔分数为 0.79 时，其沸石材料的吸附选择性。

首先，我们可以分别对氮气和氧气的吸附等温线做模型拟合（见图1）。吸附剂为此沸石材料，吸附温度皆为 25 摄氏度。

图 1. N2（蓝）和 O2（橘）吸附等温线

通过机理考察和模型选择，发现氮气吸附可用 langmuir 模型拟合，氧气吸附符合亨利定律，结合式（2）我们有：

其中 a，b 为 Langmuir 常数，和吸附体系有关。K 为亨利系数。

将式（3）和（4）画到一个图例，可得双组分混气的 IAST-(πA/RT)图（见图 2）。

图 2. N2（蓝）和 O2（橘）于沸石吸附剂的 (πA/RT) 图

有了（πA/RT）图，通过作图法，在已知总压为 760 mmHg，氮气摩尔分数为 0.79 时，就可以得到 P1o（N2）和 P2o（O2），而选择性 S1，2 就等于 P2o/P1o，作图法的基本思路如下：

图 3. 作图法计算选择性

图 4. 作图线条

根据图 4，只要找到一个 πA/RT 值，使得线段 DE 比线段 FE 等于0.79，此时得到的 P1o/P2o 即为此沸石吸附剂在所设定实验环境下对 N2/O2 的吸附选择性。

如何得到图 4 中绿线的位置，我们可以通过解析法（由吸附等温线拟合方程以及图 4 中由所有点坐标计算得到的直线 FB 和 CE 方程可求）或试差法（由吸附等温线拟合方程可求，见图 5 ）计算得到。

图 5. 利用 Excel 设置不同的 πA/RT 值

最后，通过 P1o/P2o，我们得到在总压 760 mmHg 下，氮气摩尔分数为 0.79 时，此沸石吸附剂对氮气/氧气的选择性数值为 8.02。当变换总压，改变某组分摩尔分数时，我们可以通过 IAST 理论，计算估计新的选择性数值。

Micromeritics 目前的 3Flex 软件已具有 IAST 计算模块，可以便捷的计算得到双组分气体吸附的选择性，IAST 模块包含 Langmuir、Sips、Toth、VTTE 等多个吸附等温式，用于实验数据拟合，同时 IAST 计算界面允许输入混合气体总压，方便模拟不同压力环境。