第四章 吸收及吸附

第四章吸收與吸附1本章內(nèi)容4.1吸收4.1.1概述4.1.2吸收與解析過程4.1.3多組分吸收和解析過程分析4.2吸附4.2.1吸附原理和吸附劑

24.1吸收4.1.1概述吸收-氣體混合物中的一種或多種組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程。解吸-溶質(zhì)從液相中分離出來轉(zhuǎn)移到氣相的過程。吸收和解吸為互為逆過程。吸收是分離氣體混合物的重要方法之一。

過程的推動力為：濃度差C3應用1.回收產(chǎn)品：用洗油（焦化廠副產(chǎn)品，數(shù)十種C、H化合物的混合物）吸收焦爐煤氣中的苯、甲苯、二甲苯2.氣體凈化：合成氨原料氣中含有CO、CO2、H2S等有害氣體，易使cat.中毒。3.制備氣體的溶液：SO2-----SO3＋H2O---H2SO4一般采用92.5%H2SO4吸收成為98%-----105%H2SO4。實際過程往往同時兼有凈化和回收雙重目的。4

分類

吸收劑與溶質(zhì)之間相互作用不同，可分為

物理吸收：吸收過程純屬氣體的溶解過程。a單組分吸收：

b多組分吸收：吸收過程有無熱效應，可分為等溫吸收：貧氣吸收（吸收微量氣體）非等溫吸收：吸收量大時，一般放熱，產(chǎn)生吸收熱，T↗;5吸收過程的氣液相平衡關系

氣體在液體中的溶解度平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度；傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。過程快慢的問題。相平衡：相間傳質(zhì)已達到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已不再進行。氣體吸收涉及到相際傳質(zhì)過程。6亨利定律當氣壓不太高（<5*105Pa）時，在一定的溫度下稀溶液中的溶質(zhì)溶解度與氣相中溶質(zhì)平衡分壓成正比。即

E：亨利常數(shù)PaH：溶解度常數(shù)Kmol/m2spaK：相平衡常數(shù)KKK7化學吸收：帶有化學反應的吸收。a帶有可逆反應的吸收2H0CH2CH2NH2+C02+H20(H0CH2CH2NH3)2C03一乙醇胺碳酸醇胺汽液平衡關系的非線形性，而且吸收速率又受化學反應速率的影響，分析這類吸收過程比物理吸收困難。b帶有不可逆反應的吸收C02+2Na0H→Na2C03+H20H2S+2Na0H→Na2S+H20吸收反應過程是連串反應或反應速度慢時比較復雜。8吸收過程的氣液相平衡關系

氣體在液體中的溶解度平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度；傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。過程快慢的問題。相平衡：相間傳質(zhì)已達到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已不再進行。氣體吸收涉及到相際傳質(zhì)過程。9為了計算填料塔高度，必須把傳質(zhì)速度方程式和物料平衡方程式聯(lián)立求解。計算的空間基準為單位塔截面，高為dH的微元體積，其中相界面積為adH；由于穩(wěn)定操作，時間基準可以任意取△t。一.物理吸收4.1.2物理吸收和化學吸收10111213物理吸收：G、L為單位塔截面上惰性組分的摩爾流量14反應式為A（氣）+B（液）——產(chǎn)品。

采用逆流穩(wěn)定操作。

氣相中失去組分A的物質(zhì)的量=1/b液相中失去組分B的物質(zhì)的量=液相中反應掉的A的物質(zhì)的量。

其中—宏觀反應速度b—B的反應系數(shù)與A的反應系數(shù)之比。二.化學吸收1516當處理稀溶液時，Pt≈PuCT≈CU可得到微分物料平衡方程Bb—對塔內(nèi)任一截面的組分積分,求得G/Pt(PA－PA1)=－L/bCT(CB－CB1)當處理稀溶液時，填料層的高度H為：17例1：采用填料塔凈化廢氣。使尾氣中某有害組分的體積分率從0.1%降低到0.02%。試比較用純水吸收和采用不同濃度的B組分溶液化學吸收時的塔高?？倝簽?.01×105Pa。（1）已知：G，L，Pt，CT,kAGa,kALa,HA，求填料層高H=?（2）A，B等摩爾反應，CB=800mol/m3,設kAL=kBL=kL,H=?（3） B為低濃度時，CB=32mol/m3,其余情況與上相同，H=？（4）B為中等濃度時，CB=128mol/m3,其余情況與上相同，H=？18PT=1.01×105Pa,PA1=20Pa,PA2=100Pa19－氣相總傳質(zhì)系數(shù)

PA=20PACA=0PA*=HACA=0得操作線方程為：PA1=20PACA1=0;PA2=100PACA2=6.4mol/m320塔頂：

塔底：

(2)CB高時氣相傳質(zhì)控制21塔頂：

塔底：

液膜傳質(zhì)控制22

塔頂：

塔底：

23結論:1．氣相反應速率較慢，由較慢的控制。2．反應在液相內(nèi)進行，為液相控制?；瘜W吸收可以大大降低塔的高度，而物理吸收塔過高，不能夠?qū)崿F(xiàn)?；瘜W吸收B244.1.3多組分吸收和解吸過程分析

吸收

多組分吸收和精餾都是傳質(zhì)過程，有共同點也有區(qū)別。共同點：不能對所有組分規(guī)定分離要求，只能對吸收和解吸操作關鍵作用的組分即關鍵組分規(guī)定分離要求。吸收操作中必須控制其分離要求的組分稱為關鍵組分?！呶账腘a=1，∴吸收塔只有一個關鍵組分。25關鍵組分多組分吸收（物理吸收）時，各組分是1.在同一塔體內(nèi)進行吸收，N理相同；2.L/V相同。

各組分的吸收量由它們各自的揮發(fā)度或Ki所決定，而且相互之間有一定的關系。所以不能對所有組分規(guī)定分離要求，而指定某一組分的分離要求，由其分離要求確定N理，而且N理已確定其它組分的分離要求隨之而確定。26區(qū)別/41、精餾塔是一處進料，塔頂和塔釜出料；吸收塔或解吸塔是兩處進料、兩處出料，相當于復雜塔。2、精餾過程中有的物系可當作理想物系，在吸收中吸收劑與溶質(zhì)的沸點差較大，有的甚至在臨界溫度以上進行吸收。是溶質(zhì)的溶解過程，故不能視為理想系，氣液關系比較復雜。273、精餾操作是雙向傳質(zhì)：汽相中的重組分冷凝進入液相，汽→液；液相中的輕組分汽化進入汽相，液→汽；傳質(zhì)過程往兩個方向進行。如果各組分的ΔHv相近時，成立恒摩爾流的假設，使計算過程簡化。而吸收只是氣相中的某些組分溶解到不揮發(fā)的吸收劑中去的單相傳質(zhì)過程。一般沿塔從上往下，氣體量、液體量增加?！喑素殮馕眨ㄎ召|(zhì)量很?。┩獠荒芤暈楹隳柫?。

284、氣體中易溶組分溶到吸收劑中時，有溶解熱效應，由于是單相傳質(zhì)，這一熱效應就會使液相和氣相的溫度上升。吸收塔溫度變化主要取決于熱量平衡，這使得吸收塔的溫度分布比較復雜。而精餾過程中，往往可認為氣相中較重組分冷凝時放出的熱量，正好用來使液相中輕組分汽化，不會由于相變時的潛熱而引起溫度的變化。29解吸(脫吸)解吸過程也是單相傳質(zhì)過程，但傳質(zhì)的方向與吸收相反。吸收中的所有方法在這里都適用，只是：溶質(zhì)從液相傳遞到氣相，氣相物質(zhì)不進入液相；2.逆流操作時,塔頂為濃端,塔底為稀端；3.以回收溶劑為目的時，可用惰性氣體，但不易得到純?nèi)苜|(zhì)；以得到純?nèi)苜|(zhì)為目的時，若溶質(zhì)不溶于水，則可用水蒸氣，最后冷凝分層分離。脫吸塔X1X2Y2Y1解吸主要用于兩個方面：

1、用于回收吸收劑。2、獲取被吸收的組分。30二、解吸方法溫度增大，壓強降低，L減小，V增大對解吸有利。解吸劑作用下的解吸過程（1）使用惰性氣體或貧氣的解吸（2）直接蒸氣解吸（3）間接蒸氣加熱解吸（4）多種方法結合解吸314.1.4多組分吸收和解吸的簡捷計算法在多級逆流吸收中由于吸收是一個放熱過程，因此吸收劑和富氣通常都在低于塔的平均操作溫度下進入塔內(nèi)。32一.吸收因子法1)吸收因子A任一組分的相平衡關系可表示為

yi=mxi式中yi——氣相中組分i的摩爾分數(shù)xi——液相中組分i的摩爾分數(shù)m——組分的相平衡常數(shù)y=v/Vx=l/L式中l(wèi)——液相中組分i的摩爾流量L——液相的（總）摩爾流量v——氣相中組分i的摩爾流量V——氣相的（總）摩爾流量l=Aiv33

2)

Horton-Franklin(哈頓-富蘭可林)方程第j級作組分i的物料衡算有假定圖所示的吸收塔的每一塊板均為一個平衡級，則對于組分i可導得：+134j=1時，有l(wèi)0為吸收劑組分的摩爾流量。j=2時，(9-2)式(9-2)代入整理得35對全塔進行物料衡算，有

整理得該式關聯(lián)了吸收率、吸收因子和平衡級數(shù)，稱為漢頓（Horton）-富蘭克林（Franklin）方程。

(9-3)36二.平均吸收因子法

a假設：①各板的吸收因子相同，并用全塔的平均吸收因子代替各板的A。②液氣比L/V采用塔頂和塔底條件下的平均值或L0/VN+1;③用全塔的平均溫度計算相平衡常數(shù)m。由以上假設可以看出，此種方法適用于低濃度（貧氣）吸收。高濃度（富氣）吸收時，溶解熱較大，溫升高，不適用。Φ、A、N的關系37b公式推導：∵A1=A2=A#=…=AN=A,代入式(vN+1-v1)/vN+1=

-（）

=

-

-（）

=（1-）

（）

=（1-）

（）∵l0=Av0

38(vN+1-v1)/vN+1=(1-)()

=()()(vN+1-v1)/(vN+1-v0)==

式中：v0=A0l0—是與進料吸收劑中某一吸收質(zhì)成平衡的氣相組分的摩爾分率；vN+1-v0—i組分的最大可能的吸收量，v1≥v0

(vN+1-v1)/(vN+1-v0)=--相對吸收率=

——克列姆塞爾(Kremser)方程39當進塔吸收劑中不含吸收質(zhì)時，v0=0(vN+1-v1)/vN+1=--吸收率AN+1=(N+1)lgA=lgN=lg/lgA–1

K–分離要求給定的，為已知條件。AK=（L/V）/m=操作線斜率/平衡線斜率（由T,P確定）

=40c)L/V的求法最小液氣比（L/V）min的計算∵N→∞時，由吸收因子圖看出，L/V→最小

=A（P127）,∴適宜的液氣比:L/V=(1.2~2)（L/V）mind非關鍵組分的吸收率計算∵①所有組分在同一個塔內(nèi)吸收∴各組分與關鍵組分N理、L/V相同。流體性質(zhì)相似時，各組分的板效率近似相等?！喔鹘M分具有相同的N理。（由A的定義得）（L/V）min=m

41f)平均吸收因子法的計算步驟選關鍵組分，確定K；N→∞時,K=AK,求（L/V）min，求L/V;由m求AK

(烴類的m查P-T-K圖)由AK,K求N理；求非關鍵組分的Ai或求I;由塔的物算求L0,LN,y1i,V1。42三.蒸出因子法

解吸為吸收的逆過程，吸收的計算方法都可以引用來計算解吸過程。參數(shù)的定義不同：吸收因子A=（L/V）/m解吸因子S=1/A=mV/L吸收l=Av解吸v=Sl相對吸收率(vN+1-v1)/(vN+1-v0)=相對蒸出率=

43對于塔板序號由下而上計算的逆流解吸塔可以導出：=-（）式中：v0—進塔（惰性氣體）氣體中溶質(zhì)組分的流率；=44四.平均解吸因子法解吸劑用量較大，V/L變化不大，溫度變化小時可使用用全塔的平均解吸因子代替Sn。即S1=S2=…=SN=S)()l0=v0/S,l0—與v0成平衡時液相中的溶質(zhì)摩爾分率。C0=所解吸的i組分量/最大可能解吸的i組分量。當v0=0,l0=0。N=-1=()=C0-=(1--45多組分多級分離的嚴格計算簡捷計算法只能適用于：初步設計。嚴格計算法能完成最終設計，可確定：Tj,Pj,Lj,Vj,yij,xij,Qj。嚴格計算法的核心是聯(lián)立求解：物算式、相平衡關系式、熱算式。這些關系式都非線性，一般手算是困難的。計算機的出現(xiàn)與應用，對于多組分多級分離的計算產(chǎn)生了顯著影響，用程序化的方法求解聯(lián)立方程組。46吸收設備:填充床（packedcolumnreactor)LLGG用于氣液反應時，也可以并流操作填料塔的塔體橫截面有圓形，矩形及多邊形等，但絕大部分是圓形。47一、填料塔適用性及分類適用于：1.真空操作的精餾，產(chǎn)生泡沫的物料。

填料對泡沫有限制和破碎的作用。2.對于超小型的塔填料塔更有優(yōu)勢,塔徑在2.5以下。

對于塔徑在2.5以上，一般選擇板式塔。

3.對于高腐蝕性的物料精餾。

但冷卻移除反應熱或溶解熱時，結構復雜化。板式塔不宜堵塞，填料塔則不然，所以有串連的做法。48單純吸收流程當吸收劑與被吸收組分一起作為產(chǎn)品吸收劑使用之后不需要解吸，只有吸收塔而沒有解吸塔?？煞譃閱嗡淮挝蘸投嗨?lián)吸收。4.1.5吸收和解吸過程

49吸收—解吸法的工藝流程50解吸有三種方法：加熱，因溫度升高，溶解度降低；減壓，因壓力降低，溶解度降低；惰性氣體與溶液逆流接觸(氣提法)，一般采用過熱蒸汽，一方面由于較高溫度，另一方面由于惰性氣體可以降低溶質(zhì)氣體的分壓，從而帶出溶質(zhì)氣體。514.2吸附4.2.1吸附原理和吸附劑

吸附：某些固體有選擇性地從溶液（氣體、液體混合物）中把某些組分凝聚到其它表面（而達到分離目的）的一種物理化學現(xiàn)象。吸附劑：用其表面吸附氣相或液相中物質(zhì)的固體。吸附質(zhì)：被吸附劑所吸附的流體分子。

吸附現(xiàn)象是一種非均相過程。5253吸附機制：

固體表面分子(或原子)處于特殊的狀態(tài)。固體內(nèi)部分子所受的力是對稱的，故彼此處于平衡。界面分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力，它能從外界吸附分子、原子、或離子，并在吸附表面上形成多分子層或單分子層。大多數(shù)固體比液體具有更高的表面能。干燥劑、防毒面具、脫色劑、色譜、污水處理、催化劑、…54

吸附與吸收的區(qū)別：吸收時液相中的分子是基本上均勻分散的。而吸附，吸附劑固體表面與內(nèi)部所受的力不對成，表面有過剩的力，能吸引分子。所以吸附只在固體表面上進行，形成一層吸附層（吸附膜）?！呶绞枪腆w表面現(xiàn)象，∴只有具有較大內(nèi)表面的固體才具有吸附能力。吸附劑都是多孔性的物質(zhì)，具有內(nèi)表面，且內(nèi)表面積＞＞外表面積。

55吸附熱：吸附過程是放熱過程，就成為該物質(zhì)在此固體表面上的吸附熱。吸附熱與吸附劑、吸附質(zhì)有關。

56吸附法的特點：常用于從稀溶液中將溶質(zhì)分離出來，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較??；對溶質(zhì)的作用較小，這一點在蛋白質(zhì)分離中特別重要；可直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物，成為發(fā)酵與分離的耦合過程，從而可消除某些產(chǎn)物對微生物的抑制作用；溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關系通常是非線性關系，故設計比較復雜，實驗的工作量較大。57優(yōu)點：有機溶劑摻入少

操作簡便，安全，設備簡單

pH變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)缺點：

選擇性差

收率低

無機吸附劑性能不穩(wěn)定

不能連續(xù)操作，勞動強度大

碳粉等吸附劑有粉塵污染58吸附的類型：物理吸附（physicaladsorption）：分子間力

也稱表面吸附，常見如硅膠、氧化鋁、活性炭吸附?；瘜W吸附（chemicaladsorption）：

如黃酮與酚酸性物質(zhì)被堿性氧化鋁吸附。半化學吸附（semi-chemical-adsorption）：

聚酰胺對黃酮、醌類的氫鍵吸附。59物理吸附吸附質(zhì)和吸附劑之間的作用力：范德華力。

定向力:極性分子之間靜電力.由極性分子的永久偶極距產(chǎn)生.

誘導力：極性與非極性之間引力.極性分子產(chǎn)生的電場作用會誘導非極性分子極化,產(chǎn)生誘導偶極距.

色散力：非極性分子之間引力.瞬時偶極距.

60物理吸附與化學吸附比較物理吸附：1)在固體表面上發(fā)生分子吸附是靠范德華力，選擇性差。2)是可逆過程。T↘對吸附有利，T↗對脫附有利。吸附劑可以再生使用。3)吸附熱小。一般20KJ/mol左右,吸附速率隨溫度的變化不顯著，低溫下也相當快。4)物理吸附，低壓時為單分子層，高壓時為多分子層。61化學吸附：1)吸附是靠化學親和力；吸附選擇性＞＞物理吸附；2)一般化學吸附是不可逆過程,用得較少;3)化學吸附熱大于物理吸附熱，一般84~42KJ/mol?；瘜W吸附速率隨溫度的變化顯著，需要活化過程；4)化學吸附為單分子層；半化學吸附特點：氫鍵吸附，力量較弱，介于物理與化學吸附。62吸附劑對吸附劑的要求：１)具有很大的表面積。硅膠300m2/g;活性炭1000m2/g;x型分子篩1030m2/g；２)活性高。吸附量／單位體積或單位質(zhì)量吸附劑；３)選擇性高；４)要有較好的機械強度和物理性質(zhì)；５)具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；６)制造簡單，價廉，來源豐富。63工業(yè)用吸附劑的種類１)各種活性炭;2)硅膠：是粒狀無晶形氧化硅，其化學式是SiO2.nH2O;３)活性氧化鋁：化學式為Al2O3.nH2O。其表面積為250m2/g4)分子篩MeX/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O5）高分子樹脂（聚酰胺、大空吸附樹脂）6)各種天然活性礦產(chǎn)品，活性土（漂白土等）。其表面積為150~250m2/g;

64

1.活性炭：

是非極性吸附劑，對非極性物質(zhì)具有較強的親和力。

吸附規(guī)律：①芳香族化合物吸附力＞脂肪族化合物②分子量大的化合物吸附力＞分子量?、鬯袑θ苜|(zhì)的吸附力＞有機溶劑中對溶質(zhì)的吸附力65

2.硅膠、氧化鋁：為極性吸附劑。

吸附原理：

硅醇基與化合物形成氫鍵硅醇基與水形成氫鍵硅膠吸附的水分愈多，吸附其他化合物的能力愈弱。吸水量超過17％，不能作為吸附劑了。加熱到100～110℃時即可除去水，恢復吸附活力，這一過程稱為硅膠的活化。66①對極性物質(zhì)的親和力強于弱極性物質(zhì)。②

溶劑極性弱，吸附劑對溶質(zhì)吸附力強，溶劑極性增強，吸附劑對溶質(zhì)吸附力弱。③溶質(zhì)被硅膠、氧化鋁吸附，當加入極性較強的溶劑時，又可被后者置換洗脫下來。其吸附特點是：673）分子篩化學通式：是結晶性的硅鋁酸鹽的晶體－人工合成的產(chǎn)物?；瘜W通式為MeX/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O式中：x/n–價數(shù)為n的金屬陽離子數(shù)；Me–金屬如K,Na,Ca;m–結晶水的摩爾數(shù)。68分子篩的分類a結晶中SiO2／AlO2的摩爾比不同，孔徑的大小不同，分為A、X、Y型。型號SiO2／AlO2（y/x）孔徑，A0A23-5X2.3-3.38-10Y3.3-6＞10b同一類型的分子篩，金屬離子不同，其尺寸有差別。69

分子篩的吸附特點1)分子篩只能吸附直徑小于其孔徑的分子。這就把大小不同的分子分開了。很象過篩子一樣，是篩分子的篩子，故稱分子篩。如３A分子篩孔徑為３.0～3.3A0,只能通過H2,O2,N2,H2O等。2)分子篩是一種極性吸附劑，對極性分子具有較大的親和力。如4A分子篩按分子大小通過H2,H2O，C10,C20等，但∵H2O極性最大，∴首先吸附水。703)分子的不飽和程度越大，越易被分子篩所吸附。吸附能力C2≡＞C2=＞C20炔烴＞烯烴＞烷烴在滿足上述條件下，Tb↘,M↘越不易被吸附?！逪2的M最小，Tb=-252.8℃,∴不易被吸附。4)分子篩對水的吸附能力較大，∴裂解氣的分離中可以深度干燥脫水。使水含量小到ppm的數(shù)量級中。PH2O高時硅膠、活性氧化鋁對水的吸附容量較高，PH2O低時分子篩對水的吸附容量較高，所以可以設計串聯(lián)流程。71分子篩的出現(xiàn)，大大開拓了使用吸附分離的領域，常用于吸附分離的分子篩有3A,4A,13X,10X等，比表面積為1000m2/g左右，孔徑為3A0-10A0,用于深度干燥、制氫和富氧、混合二甲苯分離等。

724.聚酰胺：

屬于氫鍵吸附，不但適用極性物質(zhì)也適用于非極性物質(zhì)的分離。

特別適合酚類、醌類、黃酮類、鞣質(zhì)的分離。73吸附規(guī)律

：

被分離物質(zhì)與聚酰胺形成氫鍵時①形成氫鍵的數(shù)目：越多，吸附力越強。②分子內(nèi)氫鍵：被分離物質(zhì)形成分子內(nèi)氫鍵的吸附力減弱。③芳香程度：分子中芳香程度化高者，吸附力強。

745.大孔吸附樹脂：

大孔吸附樹脂是一種沒有可解離基團具有大孔結構的高分子吸附劑。分為非極性與中等極性兩類。75

交換吸附

極性吸附:

吸附劑表面如為極性分子所組成，則會吸引溶液中逞相反極性的物質(zhì)或離子而形成雙電層，這種吸附稱為極性吸附。

離子交換:

在吸附劑與溶液間發(fā)生離子交換，即吸附劑吸附離子后，它同時要放出等當量的離子于溶液中。吸附劑表面鍵合的離子基團或可離子化基團,通過靜電引力吸附帶有相反電荷的離子,吸附過程發(fā)生電子轉(zhuǎn)移.76大網(wǎng)格聚合物吸附劑大網(wǎng)格聚合物吸附劑的類型和結構按骨架的極性強弱：非極性系列：苯乙烯-二乙烯苯，芳香族吸附劑中等極性：甲基丙烯酸酯，脂肪族吸附劑77大網(wǎng)格聚合物吸附劑的合成步驟：聚合：高分子聚合：單體，交聯(lián)劑，引發(fā)劑，制孔劑和分散劑。懸浮聚合和乳液聚合。修飾：在基質(zhì)表面鍵合所需的功能基團。舉例：懸浮聚合法制備多孔高分子微球。78介質(zhì)A（1,000×)介質(zhì)A（10,000×)介質(zhì)B（1,000×)介質(zhì)B（10,000×)79應用:脫色:食品等.水中溶解度小的生化產(chǎn)品的吸附:維生素B12;脂溶性的抗生素:四環(huán)素,土霉素,紅霉素,大環(huán)內(nèi)脂類.污水處理:色譜柱的載體:80

活性炭的制造

高溫炭化活化,800~900℃木材、煤、果殼炭渣活性炭

隔絕空氣，600℃活化劑：ZnCl2

蒸汽高溫活化粉末狀活性炭粒狀活性炭（園柱狀、球狀），粒徑2~4mm棒狀活性炭：Φ50mm，L=255mm

81吸附劑的性能表征化學成分材料結構比表面積：單位質(zhì)量物體所具有的表面積(m2/g)測量方法：BET法

一般采用B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller)法：在液氮溫度下(-196°C)，用吸附劑吸附氮氣，在吸附劑表面形成單分子吸附層，測定氮氣的吸附體積vm(cm3/g)，計算比表面積a(cm2/g): N-阿弗加德羅常數(shù)，s-被吸附分子的橫截面積，在-196°C氮氣分子的s=1.6210-15cm2。82平均孔徑、或平均粒度,及其分布，孔隙率測量方法：壓汞法孔徑及分布測定：

吸附劑的孔徑及分布可采用水銀壓入法，利用汞孔度計測定。當壓力升高時，水銀可進入到細孔中，壓力p與孔徑d的關系為 -水銀的表面張力(0.48N/m2)，-水銀與細孔壁的接觸角(=140°)。通過測定水銀體積與壓力之間的關系即可求出孔徑的分布情況。8384

活性炭的細孔構造和分布

1.比表面積

每克活性炭所具有的表面積?；钚蕴康谋缺砻娣e為：500~1700m2/g，99.9%的表面積，在多孔結構顆粒的內(nèi)部。2.細孔構造·小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面積的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附為主。85

·過渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面積<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用?！ご罂祝?00~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面積很小，吸附量小，提供通道。

86其他類型的吸附疏水作用吸附鹽析吸附親和吸附染料配位體吸附免疫吸附固定金屬螯合吸附羥基磷灰石吸附874.2.2吸附平衡理論吸附是一種平衡分離方法，根據(jù)不同溶質(zhì)在液固兩相間分配平衡的差別實現(xiàn)分離。當溶質(zhì)在液固兩相間達到吸附平衡時，吸附劑上的平衡吸附質(zhì)濃度q是液相游離溶質(zhì)濃度c和溫度T的函數(shù)。吸附等溫線當溫度一定時，平衡吸附量q與液相游離溶質(zhì)濃度c之間的函數(shù)關系稱為吸附等溫線。88Adsorptioncurves

通常固定一個變量，求出另外兩個變量之間的關系，例如：(a)T=常數(shù)，q=f(p)，得吸附等溫線。(b)p=常數(shù)，q=f(T)，得吸附等壓線。(c)q=常數(shù)，p=f(T)，得吸附等量線。89a)常見吸附平衡等溫線1.Henry型（線性）：q=mc

在低濃度范圍內(nèi)成立2.Freundlich型（非線性）q=kcβ適于中等濃度吸附3.Langmuir型（非線性）單分子吸附層qm：飽和吸附量；Kd：吸附平衡的解離常數(shù)4.Rectangle型：親和吸附90Langmuir吸附平衡

理論基礎：吸附劑上存在許多活性位點，每個活性位點具有相同的能量，只能吸附一個分子，并且被吸附的分子間無相互作用，從而形成單分子吸附層。

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BET公式（多層吸附）

取倒數(shù)：

式中:qo—單分子吸附層的飽和吸附量,g/gCs—吸附質(zhì)的飽和濃度,g/LB—常數(shù)；C—平衡濃度，g/L

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BET公式包括了朗謬爾公式：設，且C<<Cs，則BET公式可寫成：令a=1/m，b=qo

……朗謬爾式

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BET公式可以適應更廣泛的吸附現(xiàn)象?！搅縬是選擇吸附劑和吸附設備的重要參數(shù)，q決定吸附劑再生周期的長短，q越大，再生周期越長，再生劑用量及其費用越小。q通過吸附試驗來確定。

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吸附過程一般分為3個階段：

1.液膜擴散（顆粒外部擴散）階段2.顆粒內(nèi)部擴散階段3.吸附反應階段：吸附質(zhì)被吸附在細孔內(nèi)表面上。吸附反應速度非?？?，V主要取決于第I、II階段速度，而顆粒外部擴散速度（液膜擴散）U=f(c、d、攪動)95

吸附的影響因素1.吸附劑的性質(zhì)：吸附劑的種類、顆粒大小、比表面積，顆粒的細孔構造與分布、吸附劑是否是極性分子等。2.吸附質(zhì)的性質(zhì)：（1）溶解度：越低越容易吸附，具有較大的影響。（2）使液體表面自由能W降低得越多的吸附質(zhì)則越容易被吸附。96

（3）極性：極性吸附劑易吸附極性的吸附質(zhì)。

（物以類聚）非極性吸附劑易吸附非極性的吸附質(zhì)。（4）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度?；钚蕴浚阂孜椒肿又睆捷^大的飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物（5）吸附質(zhì)的濃度較低時，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至為一定值。

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3.廢水的PH值活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。4.共存物質(zhì)：對于物理吸附，共存多種物質(zhì)時的吸附比單一物質(zhì)時的吸附要差。5.溫度：對于物理吸附，T高則不利，吸附量減少。6.接觸時間：應保證吸附達到平衡時的時間，而該時間的大小取決于吸附速度V，V大則所需時間短。98

吸附劑的再生用某種方法將被吸附的物質(zhì)，從吸附劑的細孔中除去，以達到能重復使用的目的。1.加熱再生法：由脫水、干燥、炭化，活化、冷卻等5步組成2.藥劑再生法：無機酸或NaOH，有機溶劑（苯、丙酮等）3.化學氧化法：電解氧化法，O3氧化法，濕式氧化法。4.生物法：利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機物加以氧化分解。99吸附法在廢水處理中的應用1.活性炭對有機物的吸附特別適合于難降解的有機物和用一般方法難以去除的溶解性有機物——用吸附實驗確定去除率。2.對無機物的吸附活性炭對金屬具有很強的吸附能力。100

活性炭吸附的優(yōu)點：（1）處理程度高，用于城市污水的深度處理，ηBOD5=99%；出水TOC=1~3mg/L。（2）應用范圍廣，對絕大多數(shù)有機物都有效（3）適應性強，對水量和有機物負荷的變動具有較強的適應性。（4）粒狀炭可再生重復使用。（5）可回收有用物質(zhì)。（6）設備緊湊、管理方便。（7）不僅具有吸附作用，而且還有生物降解作用。101吸附勢能曲線(H2在Ni上）H2(g)H2(表面)2H(表面）Ed:解吸活化能Ea:化學吸附活化能ΔaH:物理吸附熱ΔrH:化學吸附(反應)熱DHH:H2的離解能ΔrHmEdEaΔaHrEpH2(g)HDHH102一、吸附設備的類型吸附設備的類型固定床吸附器移動床吸附器流化床吸附器其它旋轉(zhuǎn)床吸附器漿液吸附4.2.3吸附設備103二、吸附設備的特點

1、固定床吸附器:結構簡單、工藝成熟、性能