第五章有害氣體吸附上課

有害氣體的吸附凈化概述吸附（定義）一種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另外一相的現(xiàn)象稱(chēng)為吸附固—液界面上的吸附：吸附劑：具有吸附能力的固體物質(zhì)。吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)。物質(zhì)從流體相濃縮到固體表面

吸附法：是一種常用的凈化方法。它是利用一些固態(tài)物質(zhì)對(duì)氣體的吸附能力來(lái)除去廢氣中某些有害組分，從而達(dá)到凈化目的。吸附技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)氣體的凈化過(guò)程，以及有毒氣體的個(gè)人防護(hù)過(guò)程。待分離的料液通入吸附劑吸附質(zhì)被吸附在吸附劑表面料液流出吸附質(zhì)解吸吸附劑再生典型的吸附過(guò)程包括四個(gè)步驟：吸附:

典型的表面現(xiàn)象吸附劑吸附質(zhì)脫附：吸附的逆過(guò)程6吸附主要發(fā)生在吸附劑內(nèi)孔表面--8--木炭（吸附劑）的歷史(1)公元前1550年，埃及有作為醫(yī)用的記載；(2)公元前460-359年，希臘醫(yī)生Hippocrate用以治羊癲瘋；(3)1518-1593年，中國(guó)李時(shí)珍的本草綱目中提及用于治病；(4)1993年有外電報(bào)道用于潰瘍；(5)1794年，英國(guó)有家糖廠用于加速脫色。(6)中國(guó)漢代將木炭用于墓穴中的防腐。（長(zhǎng)沙馬王堆）--9--一戰(zhàn)（1914——1918）德國(guó)使用毒氣（氯氣）俄羅斯捷林斯基（1861——1953年）發(fā)明了第一個(gè)通用的木炭防毒面具?；钚蕴浚褐饕蠋缀蹩梢允撬懈缓嫉挠袡C(jī)材料，如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼等。這些含碳材料在活化爐中，在高溫和一定壓力下通過(guò)熱解作用被轉(zhuǎn)換成活性炭。。具有較高的吸附能力。--10--木炭油脂脫色活性炭過(guò)濾式防毒面具消防防毒面具概述吸附的特點(diǎn)：（1）不用或少用有機(jī)溶劑（2）操作簡(jiǎn)便，安全（3）生產(chǎn)過(guò)程pH變化?。?）從稀溶液分離溶質(zhì)（5）

吸附劑對(duì)溶質(zhì)的作用?。?）

吸附平衡為非線性（7）選擇性差吸附過(guò)程理論基礎(chǔ)基本概念吸附劑：表面上能發(fā)生吸附作用的固體吸附物：被吸附的物質(zhì)多孔吸附劑：外表面與內(nèi)表面組成非多孔吸附劑：比表面取決于外表面吸附作用：物質(zhì)從流體相濃縮到固體表面固體內(nèi)部分子所受分子間的作用力是對(duì)稱(chēng)的，而固體表面分子所受力是不對(duì)稱(chēng)的。向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大，而表面向外一面所受的作用力較小，因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰到固體表面時(shí)就會(huì)被吸引而停留在固體表面上。

圖21-1界面上分子和內(nèi)部分子所受的力吸附過(guò)程理論基礎(chǔ)吸附的類(lèi)型（1）物理吸附:

放熱小，可逆，單分子層或多分子層，選擇性差（2）化學(xué)吸附:

放熱量大，單分子層，選擇性強(qiáng)（3）交換吸附:

吸附劑吸附后同時(shí)放出等量的離子到溶液中吸附過(guò)程理論基礎(chǔ)--17--⑴物理吸附固體吸附劑與氣體分子之間普遍存在著分子間的引力，即范德華力。產(chǎn)生物理吸附的原因是分子間的引力。物理吸附主要特征為：①固體表面與被吸附的氣體之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；②對(duì)吸附的氣體沒(méi)有選擇性，可吸附一切氣體；③既可以是單分子層吸附也可形成多分子層吸附；④吸附過(guò)程為放熱過(guò)程。--18--物理吸附分離原理大體上可分為以下四種類(lèi)型：1）選擇性吸附。吸附力為固體表面的原子或基團(tuán)與外來(lái)分子間的引力，本質(zhì)是范德華力。吸附力的大小與表面和分子兩者的性質(zhì)有關(guān)。這些性質(zhì)的差異引起了吸附力的差異，這就是選擇性吸附。2）分子篩效應(yīng)。多孔固體的微孔孔徑是均一的，而且與分子尺寸相當(dāng)。小于微孔孔徑的分子可以進(jìn)入微孔而被吸附，比孔徑大的分子則被排斥在外，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子篩效應(yīng)。--19--3）通過(guò)微孔的擴(kuò)散。氣體在多孔固體中的擴(kuò)散速率與氣體的性質(zhì)、吸附劑材料的性質(zhì)以及微孔尺寸等因素有關(guān)。利用擴(kuò)散速率的差別可以將混合物分離。4）微孔中的凝聚。毛細(xì)管中液體曲面上的蒸氣壓與其正常蒸氣壓不同。多數(shù)情況下毛細(xì)管上的可凝氣體會(huì)在小于其正常蒸氣壓的壓力下在毛細(xì)管中凝聚。在一定溫度下凝聚壓力與毛細(xì)管半徑有關(guān)。因此，多孔固體周?chē)目赡s氣體會(huì)在與其孔徑對(duì)應(yīng)的壓力下在微孔中凝聚。--20--⑵化學(xué)吸附化學(xué)吸附也稱(chēng)活性吸附，它是由于固體表面與吸附氣體分子之間的化學(xué)鍵所造成?；瘜W(xué)吸附的特征為：①具有明顯的選擇性；②單分子層吸附；③吸附熱量大。⑤吸附速率隨溫度升高而增加。故化學(xué)吸附宜在較高溫度下進(jìn)行。⑥為不可逆吸附。幾種常用的吸附劑

吸附劑必須滿(mǎn)足下列要求：①吸附能力強(qiáng)；②吸附選擇性好；③吸附平衡濃度低；④容易再生和再利用；⑤機(jī)械強(qiáng)度好；⑥化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；⑦來(lái)源廣；⑧價(jià)廉。一般工業(yè)吸附劑難于同時(shí)滿(mǎn)足這八個(gè)方面的要求，因此，應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)合選用。幾種常用的吸附劑

有機(jī)吸附劑有活性炭、球性炭化樹(shù)脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹(shù)脂等；

無(wú)機(jī)吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、硅藻土、分子篩等?；钚匝趸X（Al2O3·nH2O）按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為有有機(jī)吸附劑無(wú)機(jī)吸附劑幾種常用的吸附劑活性炭

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

黑色顆粒狀果殼活性炭,選用優(yōu)質(zhì)杏殼、桃殼、核桃殼、棗殼等果殼為原料，活性炭采用炭化、活化、過(guò)熱蒸氣催化等工藝精制而成，外觀為黑色不定型顆粒，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝加工而成的一種活性炭。具有耐磨強(qiáng)度好、空隙發(fā)達(dá)、吸附性能高、強(qiáng)度高、易再生、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生活、工業(yè)、液相吸附、水質(zhì)凈化、氣相吸附。特別適用于電廠、石化、煉油廠、印染紡織業(yè)、食品飲料、醫(yī)藥用水、電子高純水、生活飲用水、工業(yè)中水回用等行業(yè)。更能有效吸附水中的游離氯、酚、硫、油、膠質(zhì)、農(nóng)藥殘留物和其他有機(jī)污染物，余氯、半脫氯值，以及有機(jī)溶劑的回收等。果殼炭市場(chǎng)應(yīng)用

煤質(zhì)活性炭市場(chǎng)應(yīng)用

1.水處理行業(yè)：自來(lái)水、工業(yè)用水、污水處理、純凈水、飲料、食品、醫(yī)藥用水。2.空氣凈化：除雜、除味、吸咐、除甲醛，苯、甲苯、二甲苯、油氣等有害氣體物質(zhì)。3.工業(yè)：脫色、提純、空氣凈化。4.養(yǎng)魚(yú)：過(guò)濾。5.試劑：催化劑及催化劑載體。

以?xún)?yōu)質(zhì)木屑和果殼為原料。采用氯化鋅法生產(chǎn)，具有發(fā)達(dá)的中孔結(jié)構(gòu)，吸附容量大、快速

粉狀活性炭過(guò)濾等特性。主要適用于各種氨基酸工業(yè)，精制糖脫色、味精工業(yè)、葡萄糖工業(yè)、淀粉糖工業(yè)、化學(xué)助劑、染料中間體、食品添加劑、藥品制劑等高色素溶液的脫色、提純、除臭、除雜。粉狀炭市場(chǎng)應(yīng)用

解吸：從活性炭柱上洗脫被吸附物質(zhì)時(shí)，溶劑的洗脫能力將隨溶劑極性的降低而增強(qiáng)。幾種常用的吸附劑活性炭吸附非極性有機(jī)物脫色，去熱原29組成30結(jié)構(gòu)及孔的形狀結(jié)構(gòu)：活性炭是非晶體物質(zhì)，由排列成六邊形的碳原子平面層組成，這些平面層的排列不是類(lèi)似于石墨的結(jié)構(gòu)，而是雜亂且無(wú)規(guī)律地排列成“螺層狀結(jié)構(gòu)”。孔的形狀：圓筒孔、狹縫孔、圓錐孔、錐形狹縫孔、墨水瓶孔分類(lèi)1（按孔徑）微孔（r<2nm）氣相吸附中孔（2nm<r<50nm）液相吸附大孔（r>50nm）作為通道312按形狀分3按原料分（a）植物類(lèi)原料活性炭：木材、椰殼、核桃殼、杏核、竹材、稻草等。32（b）礦物類(lèi)原料活性炭:煤、石油焦、煤焦油、煤瀝青、石油殘?jiān)?、石油瀝青等。

(c)其他原料活性炭：塑料類(lèi)、紙漿廢液、舊輪胎、動(dòng)物骨、蔗糖、糖蜜等。3按制備方法分（a）化學(xué)碳，以ZnCl2,H3PO4,KOH等為活化劑，化學(xué)活化法制備的活性炭（b）物理碳，以水蒸氣，CO2等為活化劑制備的活性炭33國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外活性炭生產(chǎn)國(guó)有美國(guó)、俄羅斯和日本等。世界活性炭的年產(chǎn)量約70萬(wàn)噸，其中一半以上是由美國(guó)、日本及西歐經(jīng)濟(jì)共同體等工業(yè)國(guó)生產(chǎn)。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在活性炭制造技術(shù)方面已完成大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化、無(wú)公害化制造體系。而且對(duì)制造新工藝的研究與活性炭微孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團(tuán)的關(guān)系研究，做到了品種的專(zhuān)用化和多樣化。34

我國(guó)活性炭工業(yè)生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，80年代以后發(fā)展迅速，主要以煤質(zhì)活性炭為主。我國(guó)目前有中小型活性炭生產(chǎn)企業(yè)1000余家，活性炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的三分之一，已成為世界上最大的活性炭生產(chǎn)國(guó)，2007年生產(chǎn)量達(dá)到35萬(wàn)噸，出口量25萬(wàn)噸。但是我國(guó)活性炭行業(yè)在制造技術(shù)上不如歐美國(guó)家，存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問(wèn)題。35活性炭的應(yīng)用活性炭作為優(yōu)良的吸附劑，常用于水體凈化、空氣的凈化、工業(yè)廢氣回收、貴重金屬的回收及提煉等。其應(yīng)用范圍涉及化學(xué)工業(yè)、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域、催化及電化學(xué)電源，在環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)生活中起著重要作用。36（1）在液相吸附中的應(yīng)用活性炭在液相中主要用于包括水處理、食品工業(yè)脫色及貴金屬回收等。其中，水處理主要應(yīng)用在飲用水的凈化、廢水處理、工業(yè)用水處理這三大方面。

（2）在氣相吸附中的應(yīng)用活性炭在氣相吸附中的應(yīng)用主要包煙道氣、工業(yè)廢氣的處理和凈化、生活空氣凈化、油氣回收及毒氣防護(hù)等。

37（3）在催化方面的應(yīng)用活性炭本身就具有催化活性，一般可單獨(dú)作為催化劑使用。也可以作為催化劑載體，負(fù)載活性離子。此外，活性炭還可用于土壤的污染治理、儲(chǔ)氫、作為新型儲(chǔ)能器件的電極材等。38新型的碳材料（一）活性炭微球球形活性炭是20世紀(jì)70年代后期由日本、美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)和蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家研制開(kāi)發(fā)成功的一種高檔活性炭新品種，80年代后后期逐漸進(jìn)入工業(yè)化階段。39

日本大阪瓦斯公司以中間相瀝青為原料微球?yàn)樵?，以KOH為活化劑，制的比表面積高達(dá)3000~4600m2∕g的超高比表面積活性炭微球。

制備球型活性炭的原料有：煤、高分子和瀝青。

球形活性炭具有均勻的球形外表，表面光滑、力學(xué)強(qiáng)度高、比表面積大、耐磨損、耐腐蝕，長(zhǎng)期使用掉屑少，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。40制備方法：壓條成球法、介質(zhì)分散法、噴霧法、反響乳液法和熱縮聚法、乳液法、懸浮法等。應(yīng)用：化工，石化，醫(yī)藥、防毒防護(hù)、能源環(huán)保等領(lǐng)域。制備工藝流程如下：煤瀝青或石油渣油高軟化點(diǎn)瀝青瀝青球不熔化瀝青球球型活性炭調(diào)制球形化添加劑不熔化氧化介質(zhì)250~400℃碳化，活化N2+活化劑，≥900℃41（二）活性炭納米管活性炭納米管可以看成是單層或多層石墨片層卷曲而成的無(wú)縫中空管狀結(jié)構(gòu)。因此，具有管狀孔隙、層間孔隙等。此外，還具有表面原子密度大，比表面積大，孔結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)可修飾等特點(diǎn)。42

這些特點(diǎn)使其在催化劑載體、儲(chǔ)氫材料、超級(jí)電容、鋰離子二次電池和隱形材料等領(lǐng)域都得到廣泛的研究。制備方法：氣相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。

無(wú)論那一種方法，都是將碳納米管經(jīng)活化處理及后處理得到活性炭納米管。43（三）活性炭纖維活性炭纖維（ACF）是繼粉末活性炭（PAC）和粒狀活性炭（GAC）之后的第三代活性碳材料?，F(xiàn)在的ACF是碳纖維（CF）及可碳化纖維經(jīng)物理活化、化學(xué)活化，或兩者兼有的活化反應(yīng)所制得的具有豐富和發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的功能型碳纖維。44常用的ACF有：黏膠、酚醛纖維、聚丙烯晴（PAN）、瀝青、聚酰亞胺纖維、聚苯乙烯纖維及空心纖維等。應(yīng)用：多做為吸附材料、催化劑載體、電極材材料等。幾種常用的吸附劑硅膠（SiO2·nH2O）硅膠的表面保留著羥基，是硅膠的吸附活性中心在200℃以上羥基會(huì)脫去，失去活性應(yīng)用吸附大極性有機(jī)物||OO||—Si—O—Si—OH||OO||硅膠的定義及分類(lèi)1、定義

硅膠（Silicagel;Silica）：化學(xué)分子式為SiO2·xH2O，屬于無(wú)定形結(jié)構(gòu)。其基本結(jié)構(gòu)單位為大小不等的二氧化硅粒子在空間的堆積，并形成硅膠的骨架。堆積時(shí)粒子間的空洞即為硅膠的孔隙。硅膠中的水有吸附水和結(jié)構(gòu)水，后者以羥基的形式和硅原子相連而覆蓋于硅膠表面。名稱(chēng)平均半徑/nm特粗孔硅膠>10粗孔硅膠4~5中孔硅膠2~4細(xì)孔硅膠1~2特細(xì)孔硅膠0.2~0.252、分類(lèi)

一般來(lái)說(shuō)，硅膠按其性質(zhì)及組分可分為有機(jī)硅膠和無(wú)機(jī)硅膠兩大類(lèi)。

硅膠的特點(diǎn)

硅膠由于它的化學(xué)組成及物理結(jié)構(gòu)的特性，決定了它具有許多其它同類(lèi)材料難的取代的特點(diǎn)，在應(yīng)用中具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）硅膠無(wú)毒無(wú)味，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于其他任何溶劑和溶液，除氫氟酸（HF）和強(qiáng)堿外，不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。（2）硅膠熱穩(wěn)定性好，A型的細(xì)孔類(lèi)硅膠可在300℃以?xún)?nèi)的溫度下使用，而其他類(lèi)型的硅膠則能夠在500-600℃的高溫條件下長(zhǎng)期使用。（3）硅膠具有剛性的骨架結(jié)構(gòu)，較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的耐磨性能。（4）硅膠非潮解、不腐蝕和不溶于水的特性，即使吸滿(mǎn)水后，外觀感覺(jué)還是干燥的。（5）硅膠具有穩(wěn)定的質(zhì)量，不會(huì)因?yàn)槭褂眉巴饨绛h(huán)境的變化而變化。

硅膠吸附1、性質(zhì)：指用硅膠從硝酸溶液中吸附233pa。酸度低時(shí)硅膠吸附鎂是離子交換過(guò)程，在硝酸濃度大于2mol/L時(shí)中性配合物也被吸附。233pa在硅膠上的吸附速度隨硝酸濃度增加而增加。硝酸濃度對(duì)233pa的吸附率影響不大，但它隨硝酸鹽濃度增加而下降。通常吸附是在6mol/L硝酸介質(zhì)中進(jìn)行。硅膠的吸附性能與硅膠的制備方法及質(zhì)量有關(guān)，在使用前要用酸洗處理。2、原理

硅膠為一多孔性物質(zhì)，分子中具有硅氧烷的交鏈結(jié)構(gòu)，同時(shí)在顆粒表面又有很多硅醇基。硅膠吸附作用的強(qiáng)弱與硅醇基的含量多少有關(guān)。硅醇基能夠通過(guò)氫鍵的形成而吸附水分，因此硅膠的吸附力隨吸著的水分增加而降低。若吸水量超過(guò)17％，吸附力極弱不能用作為吸附劑，但可作為分配層析中的支持劑。對(duì)硅膠的活化，當(dāng)硅膠加熱至100～110℃時(shí)，硅膠表面因氫鍵所吸附的水分即能被除去。當(dāng)溫度升高至500℃時(shí)，硅膠表面的硅醇基也能脫水縮臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)楣柩跬殒I，從而喪失了因氫鍵吸附水分的活往，就不再有吸附劑的性質(zhì)，雖用水處理亦不能恢復(fù)其吸附活性。所以硅膠的活化不宜在較高溫度進(jìn)行（一般在170cC以上即有少量結(jié)合水失去）。硅膠是一種酸性吸附劑，適用于中性或酸性條件。同時(shí)硅膠又是一種弱酸性陽(yáng)離子交換劑，其表面上的硅醇基能釋放弱酸性的氫離子，當(dāng)遇到較強(qiáng)的堿注化臺(tái)物，則可因離子交換反應(yīng)而吸附堿性化合物。功能與用途

主要用于儀器、儀表、設(shè)備等在密閉條件下的吸潮防銹。與普通硅膠干燥劑配合使用，指示干燥劑的吸潮程度和判斷環(huán)境的相對(duì)濕度。作為包裝用硅膠干燥劑，廣泛用于精密儀器、皮革、服裝、食品、藥品和家用電器等。

硅膠干燥劑

硅膠因?yàn)槠涫称芳?jí)用途可以用來(lái)做嬰兒奶嘴等與人體直接接觸的物品。嬰兒奶嘴嬰兒奶嘴喂藥器硅膠套

硅膠套的應(yīng)用非常廣泛，常用于Mp3/Mp4播放器，iPod,PDA,手機(jī),PSP,數(shù)碼相機(jī),GPS等比較普遍的個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品上；保護(hù)套材質(zhì)較軟，有彈性，保護(hù)設(shè)備，根據(jù)硅膠套的厚薄程度，具有一定的緩沖作用，如果厚度足夠,加上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可使被保護(hù)的產(chǎn)品具有防摔功能。優(yōu)點(diǎn)是:環(huán)保、手感好、易清洗、防水、耐熱等。2011年11月附近，豐田化工公司推出硅膠的新用途——食品保鮮用硅膠。產(chǎn)品特點(diǎn)：1.采用100%的硅膠原材料，綠色環(huán)保；2.無(wú)色，無(wú)味，無(wú)毒，防塵，抗氧化，防腐蝕；3.防水，抗高溫，抗溫范圍在-40度到230度；4.不易折斷或拉壞，不易變形，易于清洗，可直接用水清洗，重復(fù)利用；5.產(chǎn)品表面可絲印，凹刻或凸刻LOGO，款式多樣。硅膠隆鼻

硅膠隆鼻是將一醫(yī)用固體硅膠假體埋入鼻背筋膜下面，使鼻梁或鼻尖突起，從而改變鼻子的形狀，達(dá)到預(yù)期的效果。臨床證明醫(yī)用固體硅膠對(duì)人體無(wú)副作用，當(dāng)不想要時(shí)，隨時(shí)可以將醫(yī)用固體硅膠取出。對(duì)于鼻梁低鼻尖形狀較好者可單純施此種手術(shù)。手術(shù)無(wú)痛苦，表面無(wú)痕跡，4天恢復(fù)正常。

硅膠耳塞硅膠耳塞具有可清洗性，防水性能好，可反復(fù)使用,能防止機(jī)器發(fā)出的聲音導(dǎo)致的耳膜不適，抗噪性能好，一般適用于勞保型耳塞、游泳耳塞和便攜機(jī)式耳塞。硅膠飾品硅膠手飾包括時(shí)尚手環(huán)、手腕帶和最新開(kāi)發(fā)的硅膠能量手環(huán),而項(xiàng)飾包括項(xiàng)鏈、吊墜和一些平衡能量項(xiàng)鏈.它們一般都有外觀時(shí)尚、新穎、環(huán)保、手感好等特點(diǎn),很受年輕人及體育愛(ài)好者的追求。能量硅膠手環(huán)手機(jī)掛飾能量平衡項(xiàng)鏈

硅橡膠胃管硅膠冰格幾種常用的吸附劑極性強(qiáng)，對(duì)水有很強(qiáng)的親和作用活性氧化鋁（Al2O3·nH2O）活性氧化鋁

活性氧化鋁的化學(xué)式是Al2O3·nH2O?；钚匝趸X表面上具有高官能團(tuán)密度，這些官能團(tuán)為極性分子的吸附提供了活性中心。因此活性氧化鋁是一種極性吸附劑，其比表面積約為200～500m2/g，對(duì)水分有很強(qiáng)的吸附能力。用不同的原料，在不同的工藝條件下，可制得不同結(jié)構(gòu)、不同性能的活性氧化鋁。 活性氧化鋁主要用于氣體的干燥和液體的脫水，如汽油、煤油、芳烴等化工產(chǎn)品的脫水；空氣、氦、氫氣、氯氣、氯化氫和二氧化硫等氣體的干燥。活性氧化鋁干燥劑食品環(huán)保防潮珠活性а-Al2O3微粉幾種常用的吸附劑篩分：將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用吸附：分子篩結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學(xué)通式為：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。分子篩是一種具有網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，具有均勻的晶穴，孔徑分布非常均一，具有選擇篩分分子作用65

⑷沸石分子篩(ZeoliteMolecularSieve)是人工合成的無(wú)機(jī)吸附劑,其組成與天然沸石相近,是鋁、硅酸鹽類(lèi)的化合物。具有特定且均勻一致的孔徑，只允許比其微孔孔徑小的分子吸附上去，比其微孔大的分子則不能進(jìn)入，故稱(chēng)為分子篩。是極性吸附劑，對(duì)水具有很大的親和力。

比表面積在400～1000m2/g。主要用于各種氣體和液體的干燥，芳烴、烷烴的分離及用作催化劑及催化劑載體等。66球形分子篩顆粒67常用沸石分子篩型號(hào)

孔徑大小(?)典型化學(xué)組成

SiO2與Al203比3A

(鉀型）～32/3K20·1/3Na20·Al203·2SiO224A

(鈉型）～4Na20·Al203·2SiO25A

(鈣型）～50.7Ca0·0.3Na20·Al203·2SiO210X(鈣型）8～90.8Ca0·0.2Na20·Al203·2.5SiO22.513X

(鈉型）9～10Na20·Al203·2.5SiO2Y

(鈉型）9～10Na20·Al203·5SiO25鈉絲光沸石

～5Na20·Al203·10SiO2

1068沸石分子篩中的原子形成籠形結(jié)構(gòu)，其空穴大小決定了所能吸附分子的大小。A型分子篩69A型分子篩70X型分子篩71X型分子篩72

（5）吸附樹(shù)脂（Resin）是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)高聚物，如南開(kāi)和成公司的ADS系列、美國(guó)Rohm&Haas公司的XAD系列樹(shù)脂是苯乙烯與二乙烯苯的共聚物，可根據(jù)需要制成不同孔徑、不同比表面積、極性或非極性的吸附劑。比表面積一般在200～700m2／g左右。主要用于廢水中有機(jī)物的吸附、天然產(chǎn)物與生化產(chǎn)品的分離等。

73樹(shù)脂幾種常用的吸附劑大孔吸附樹(shù)脂不含交換基團(tuán)的,具有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附劑。（1）選擇性好（2）解吸容易（3）機(jī)械強(qiáng)度好（4）流體阻力?。?）反復(fù)使用（6）可適用于各種產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)

大孔吸附樹(shù)脂

非極性大孔吸附樹(shù)脂中等極性大孔吸附樹(shù)脂極性大孔吸附樹(shù)脂分類(lèi)大孔吸附樹(shù)脂吸附性原理樹(shù)脂本身具有吸附性吸附力是范德華力或氫鍵作用的結(jié)果篩選性原理樹(shù)脂為多孔性結(jié)構(gòu)，具有分子篩的作用有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的不同及分子量的大小，在樹(shù)脂的吸附機(jī)理和篩分原理作用下實(shí)現(xiàn)分離。大孔吸附樹(shù)脂應(yīng)用范圍廣整個(gè)過(guò)程PH值不變，適于對(duì)PH值敏感的物質(zhì)能從存在大量無(wú)機(jī)鹽的發(fā)酵液中分離提取抗菌素等物質(zhì)理化性質(zhì)穩(wěn)定穩(wěn)定性高，機(jī)械強(qiáng)度好，耐用避免溶劑法對(duì)環(huán)境的污染及離子交換法對(duì)設(shè)備的腐蝕分離性能優(yōu)良選擇性好，分離效能高大孔吸附樹(shù)脂使用方便大孔樹(shù)脂一般為小球狀，流體阻力小于活性碳溶劑用量少只需要少量溶劑作為洗脫劑避免了溶劑法中的乳化現(xiàn)象可重復(fù)使用，降低成本用水、稀酸、稀堿或低濃度乙醇等反復(fù)清洗即可再生缺點(diǎn)樹(shù)脂價(jià)格貴；品種有限，不能滿(mǎn)足復(fù)雜要求；操作繁瑣

例：林可、紅霉素、SPM弱堿性，pH吸附量；赤霉素弱酸性，pH，吸附量；維生素B12中性，pH無(wú)影響，實(shí)驗(yàn)證實(shí)：XAD-2上吸附，pH3~7吸附量都一樣；頭孢菌素兩性物質(zhì)，應(yīng)在什么條件下吸附？

pK1=2.6(羧基)；pK2=3.3(羧基)；pK3=9.8(氨基)

大孔吸附劑解吸條件1.選擇洗脫劑原則a.洗脫劑應(yīng)容易溶脹大網(wǎng)格吸附劑。溶質(zhì)對(duì)聚合物的溶脹能力可用溶解度參數(shù)δ來(lái)表征。溶劑2-丁酮2-丙酮丁醇丙醇乙醇甲醇水δ19.020.423.324.325.929.647.3

溶劑的解吸能力逐漸降低溶劑的溶解度參數(shù)和聚合物的溶解度參數(shù)接近時(shí)，溶劑愈易溶脹聚合物。（洗

聚）大孔吸附劑解吸條件b.洗脫劑對(duì)被吸附物有較大的溶解度。

例赤霉素(920)：吸附時(shí)選XAD-2樹(shù)脂（聚苯乙烯型）聚18.4

洗脫劑選乙酯∵①乙＝18.6，溶解度參數(shù)接近，易溶脹XAD-2樹(shù)脂；②易溶于乙酯中。洗脫容易，洗脫峰很集中。大孔吸附劑解吸條件2.流速（空間速度，線速度）洗脫液的流速務(wù)必恰當(dāng)控制。如果太快，洗脫物在兩相中的平衡過(guò)程不完全；如果太慢，洗脫物會(huì)擴(kuò)散。影響吸附的因素（一）吸附劑結(jié)構(gòu)1．比表面積吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發(fā)達(dá)，其比表面積越大。吸附劑的比表面積越大，則吸附能越強(qiáng)。影響吸附的因素（一）吸附劑結(jié)構(gòu)2．孔結(jié)構(gòu)

吸附劑的孔結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對(duì)吸附性能影響很大?？讖教?，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小，則不利于吸附質(zhì)擴(kuò)散，并對(duì)直徑較大的分子起屏蔽作用，影響吸附的因素3．表面化學(xué)性質(zhì)（一）吸附劑結(jié)構(gòu)吸附劑在制造過(guò)程中會(huì)形成一定量的不均勻表面氧化物，其成分和數(shù)量隨原料和活化工藝不同而異。表面氧化物成為選擇性的吸附中心，使吸附劑只有類(lèi)似化學(xué)吸附的能力，影響吸附的因素（二）吸附質(zhì)的性質(zhì)對(duì)于一定的吸附劑，由于吸附質(zhì)性質(zhì)的差異，吸附效果也不一樣。（三）操作條件吸附是放熱過(guò)程，低溫有利于吸附，升溫有利于脫附.吸附工藝和設(shè)備操作方式連續(xù)式間歇式將料液和吸附劑放在容器內(nèi)攪拌，平衡后排出吸余液固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過(guò)程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中88吸附平衡

在一定溫度和壓力或濃度下，當(dāng)氣體或液體與固體吸附劑經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間充分接觸后，吸附質(zhì)在流體相和固體相中的含量不再變化，即達(dá)到平衡狀態(tài)。影響吸附平衡的因素：溫度、壓力或濃度、吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)。通常吸附量與溫度成反比，與壓力或濃度成正比。

89吸附等溫線（AdsorptionIsotherm）:

指一定溫度條件下吸附平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑的吸附量q與吸附質(zhì)在流體相中的分壓p（氣相吸附）或濃度c（液相吸附）之間的關(guān)系曲線。qp氣相吸附溫度一定qc液相吸附溫度一定90溫度一定，吸附量隨壓力增加而增加。低壓時(shí)增加較快，高壓時(shí)增加變慢。壓力一定，吸附量隨溫度升高而降低。高溫時(shí)，吸附量很低。即高壓低溫有利于吸附,低壓高溫有利于解吸(吸附劑的脫附再生）.91CO2在分子篩和活性炭上的吸附等溫線92水中乙醇在分子篩上的吸附等溫線水中乙醇在活性炭上的吸附等溫線

93水中苯酚在樹(shù)脂上的吸附等溫線水中苯酚在活性炭上的吸附等溫線94吸附等溫線方程

(1)Langmuir（朗格繆爾）方程

氣相吸附液相吸附

q=單位質(zhì)量吸附劑的吸附量;

p=吸附質(zhì)在氣相中的分壓;

c=吸附質(zhì)在液相中的摩爾濃度;

qm=吸附劑的的最大吸附量；

b=朗格繆爾常數(shù)。1932年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者95②當(dāng)壓力（或濃度）很高時(shí)，bp>>1,q≈qm

，q不再隨壓力變化，表示吸附達(dá)到飽和。蘭格繆爾方程是具有一定理論基礎(chǔ)的吸附等溫線方程，其主要假設(shè)是單分子層吸附，其常數(shù)qm具有明確的物理意義。①當(dāng)壓力（或濃度）很低時(shí)，bp<<1,q≈qm

bp

，即q與p呈直線關(guān)系；qp①②qm96最大吸附量qm與朗格繆爾常數(shù)

b

可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸求得，如氣相吸附Langmuir方程可寫(xiě)成以

p/q為縱坐標(biāo)、p為橫坐標(biāo)作圖，得一直線，由斜率和截距可以求出

qm和b。p/qp97(2)Freundlich(弗里德里希)方程

氣相吸附液相吸附

即以lgq

對(duì)

lgp作圖得一直線，由直線斜率和截距可以求出a和m。a

和

m為Freundlich常數(shù)，一般

a＜1注：弗里德里希方程是經(jīng)驗(yàn)方程，其常數(shù)a和m沒(méi)有明確的物理意義。氣相吸附方程可變?yōu)?8

qpFreundlichLangmuirLangmuir與Freundlich方程的比較99水中乙醇在分子篩上的吸附等溫線水中乙醇在活性炭上的吸附等溫線

LangmuirFreundlich100

(3)Langmuir

－Freundlich方程

氣相吸附液相吸附

該方程中三個(gè)參數(shù)

qm

、a、b可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性回歸求得。一般說(shuō)來(lái)，三參數(shù)的Langmuir

－Freundlich方程比二參數(shù)的Langmuir方程或

Freundlich方程能更好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。101

(4)多組分吸附的Langmuir方程以二組分氣相吸附為例（二組分分別用下標(biāo)1

和2表示）參數(shù)qm1

、

qm2、

b1

、b2

可通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸求得。102

由于組分間的相互競(jìng)爭(zhēng)，多組分吸附時(shí)每一組分的吸附量比單一組分時(shí)的吸附量少。103（1）外擴(kuò)散吸附機(jī)理和吸附速率吸附機(jī)理：吸附質(zhì)被吸附劑吸附的過(guò)程一般分為三步：（2）內(nèi)擴(kuò)散（3）吸附104

①外擴(kuò)散：吸附質(zhì)從流體主體通過(guò)擴(kuò)散傳遞到吸附劑顆粒的外表面。因?yàn)榱黧w與固體接觸時(shí)，在緊貼固體表面處有一層滯流膜，所以這一步的速率主要取決于吸附質(zhì)以分子擴(kuò)散通過(guò)這一滯流膜的傳遞速率。

②內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)從吸附劑顆粒的外表面通過(guò)顆粒上微孔擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部，到達(dá)顆粒的內(nèi)部表面。

③吸附：吸附質(zhì)被吸附劑吸附在內(nèi)表面上。對(duì)于物理吸附，第三步通常是瞬間完成的，所以吸附過(guò)程的速率由前二步?jīng)Q定

。

105（3）外擴(kuò)散脫附（解吸）過(guò)程與吸附相反（2）內(nèi)擴(kuò)散（1）脫附106

吸附速率：指單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量吸附劑吸附的量。吸附速率與體系性質(zhì)(吸附劑、吸附質(zhì)及其混合物的物理化學(xué)性質(zhì))、操作條件(溫度、壓力、兩相接觸狀況)以及兩相組成等因素有關(guān)。吸附過(guò)程為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，但對(duì)于某一瞬間，可按擬穩(wěn)態(tài)處理。根據(jù)前述機(jī)理，吸附速率可分別用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散或總傳質(zhì)速率方程表示。

107五.吸附分離工藝固定床（Fixed－Bed）吸附是工業(yè)上應(yīng)用最多的吸附過(guò)程，設(shè)備一般為圓柱形立式筒體，在筒體內(nèi)部支撐格板或多孔板上放置吸附劑顆粒,成為固定吸附劑床層。當(dāng)欲處理的流體通過(guò)時(shí),吸附質(zhì)被吸附在吸附劑上,其余流體由出口流出。

當(dāng)吸附劑吸附接近飽和時(shí)，進(jìn)行脫附（解吸）再生。實(shí)際應(yīng)用中常設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)吸附器，吸附與脫附在不同的吸附器內(nèi)輪流進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。108用于氣體干燥的雙固定床吸附流程

109A塔吸附：原料氣(濕氣)由下方通入,干燥后的氣體從頂部排出.此時(shí)B塔再生,再生氣(如氮?dú)?經(jīng)加熱至要求的溫度,從頂部進(jìn)入。再生氣攜帶從吸附劑上脫附的水分從底部出來(lái),經(jīng)冷卻器使再生氣降溫,水汽冷凝成水排出,再生尾氣可循環(huán)使用。

接下來(lái)A塔再生，B塔吸附，如此循環(huán)。110固定床吸附的優(yōu)點(diǎn)：

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，吸附劑磨損少。缺點(diǎn)：間歇操作，吸附和再生兩過(guò)程必須周期性切換，是非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程。固定床吸附器

方形立式吸附器常用圓形臥式吸附器112變壓吸附

（PressureSwingAdsorption，PSA）

即在較高壓力下吸附，在較低壓力（包括真空）下脫附，如此周期性地進(jìn)行。整個(gè)分離過(guò)程中溫度基本不變。