環(huán)境工程原理第八章吸附

環(huán)境工程原理第八章吸附第一頁，共八十四頁，2022年，8月28日第八章吸附第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第二節(jié)吸附劑第三節(jié)吸附平衡理論第四節(jié)吸附動力學第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第二頁，共八十四頁，2022年，8月28日第一節(jié)吸附分離操作的基本概念一、吸附分離操作的分類二、吸附分離操作的應用第三頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附是固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，當某些物質(zhì)碰撞固體表面時，受到這些不平衡力的吸引而停留在固體表面上

。被吸附到固體表面的組分——稱為吸附質(zhì)吸附吸附質(zhì)的多孔固體——稱為吸附劑吸附質(zhì)附著到吸附劑表面的過程——稱為吸附吸附質(zhì)從吸附劑表面逃逸到另一相的過程——稱為解吸吸附過程發(fā)生在——“氣－固”或“液－固”非均相界面基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第四頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附分離過程的適用范圍：

吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結(jié)合力強弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質(zhì)使混合物中難吸附與易吸附組分分離。

適宜的吸附劑對各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾、吸收等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質(zhì)的去除。吸附操作條件比較容易實現(xiàn)。吸附操作缺點，主要是理論尚不夠完善成熟。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第五頁，共八十四頁，2022年，8月28日按作用力性質(zhì)分類：分物理吸附和化學吸附物理吸附：吸附質(zhì)分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的，也稱為范德華吸附。吸附熱較小（放熱過程，吸附熱在數(shù)值上與冷凝熱相當），可在低溫下進行；過程是可逆的，易解吸；相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質(zhì)；分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；可形成單分子吸附層或多分子吸附層。一、吸附分離操作的分類第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第六頁，共八十四頁，2022年，8月28日化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生化學反應而引起的，其強弱取決于兩種分子之間化學鍵力的大小。如石灰吸附CO2→CaCO3

吸附熱大，一般在較高溫下進行；具有選擇性，單分子層吸附；化學鍵力大時，吸附不可逆。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第七頁，共八十四頁，2022年，8月28日⑴、化學吸附熱與化學反應熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化碳和氫在各種吸附劑上的化學吸附熱為83740J／mol和62800J／mol，而這兩種氣體的物理吸附熱約為25120J／mol和8374J／mol。⑵、化學吸附有較高的選擇性。如氯可以被鎢或鎳化學吸附。物理吸附則沒有很高的選擇性，它主要取決于氣體或液體的物理性質(zhì)及吸附劑的特性。⑶、化學吸附時，溫度對吸附速率的影響較顯著，溫度升高則吸附速率加快，因其是一個活化過程，故又稱活化吸附。而物理吸附即使在低溫下，吸附速率也可能較大，因它不屬于活化吸附。⑷、化學吸附總是單分子層或單原子層，而物理吸附則不同，低壓時，一般是單分子層，但隨著吸附質(zhì)分壓增大，吸附層可能轉(zhuǎn)變成多分子層。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第八頁，共八十四頁，2022年，8月28日化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征表面能降低，為放熱反應；吸附無選擇性，分子引力隨分子量增大而增加；無化學反應發(fā)生。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第九頁，共八十四頁，2022年，8月28日按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附按原料組成分類：大吸附量分離和雜質(zhì)去除按分離機理分類：位阻效應、動力學效應和平衡效應第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第十頁，共八十四頁，2022年，8月28日二、吸附分離操作的應用吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣體或液體混合物中的某些組分進行大吸附量分離，也可以去除混合物中的痕量雜質(zhì)。日常生活：木炭吸濕、吸臭；防腐劑；吸濕劑（硅膠）第九章第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日

化工領(lǐng)域：產(chǎn)品的分離提純，如制糖品工業(yè)，用活性炭處理糖液，吸附其中雜質(zhì)，得到潔白的產(chǎn)品。

環(huán)境領(lǐng)域：水：脫色脫臭，有害有機物的去除，金屬離子，氮、磷

空氣：脫濕，有害氣體，脫臭特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日給水處理

嗅、味的吸附凈化；微量污染物的吸附凈化。廢水處理典型有機污染物的吸附回收(酚、苯等)；組合工藝的達標把關(guān)措施；應用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。第十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日煉油廠、印染廠廢水的深度處理

某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。

廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；②對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。

脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。氣體處理第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、幾種常用的吸附劑二、吸附劑再生三、吸附劑的性能要求四、吸附劑選擇的影響因素第二節(jié)吸附劑第十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、幾種重常見吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二節(jié)吸附劑第十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日（一）活性炭

活性炭是應用最為廣泛的吸附劑。是由煤或木質(zhì)原料加工得到的產(chǎn)品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸稈等都可以加工成黑炭，經(jīng)活化后制成活性炭。炭化：把原料熱解成炭渣，溫度：200－600度活化：形成發(fā)達的細孔。兩種辦法:氣體法：通入水蒸氣，溫度在800－1000度；藥劑法：加入氯化鋅、硫酸、磷酸等比表面積：500－1700m2/g第二節(jié)吸附劑第十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微孔所提供的比表面積基本上不起作用?；钚蕴考毧追植记闆r：

微孔：<2nm，占總比表面95％：主要支配吸附量過渡孔：2-100nm，<5％：起通道和吸附作用大孔：100-10000nm，不足1％：主要起通道作用，影響吸附速度。第二節(jié)吸附劑第十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日

活性炭的優(yōu)點：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學穩(wěn)定性好，解吸容易，在高溫下進行解吸再生時其晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，熱穩(wěn)定性高，經(jīng)多次吸附和解吸操作，仍能保持原有的吸附性能。

活性炭常用于溶劑回收，溶液脫色、除臭、凈制等過程。是當前應用最普遍的吸附劑。第二節(jié)吸附劑第二十頁，共八十四頁，2022年，8月28日（二）活性炭纖維活性炭纖維吸附能力比一般活性炭要高1～10倍?；钚蕴坷w維分為兩種：(1)將超細活性炭微粒加入增稠劑后與纖維混紡制成單絲，或用熱熔法將活性炭粘附于有機纖維或玻璃纖維上，也可以與紙漿混粘制成活性炭紙。(2)以人造絲或合成纖維為原料，與制備活性炭一樣經(jīng)過炭化和活化兩個階段，加工成具有一定比表面積和一定孔分布結(jié)構(gòu)的活性炭纖維。第二節(jié)吸附劑第二十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日（三）活性氧化鋁化學式：Al2O3nH2O含水氧化鋁加熱脫水制成的一種極性吸附劑。與硅膠相比，具有良好的機械強度比表面積約為200～300m2/g，對水分有極強的吸附能力。主要用于氣體和液體的干燥、石油氣的濃縮與脫硫的吸附。第二節(jié)吸附劑第二十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日（四）沸石分子篩每一種分子篩都有相對均一的孔徑，其大小隨分子篩種類的不同而異。強極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H2S等有很強的親和力，對氨氮的吸附效果好，而對有機物的親和力較弱。第二節(jié)吸附劑第二十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日

具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結(jié)構(gòu)。比表面約為800～1000m2/g。

這些骨架結(jié)構(gòu)里面有空洞，即所謂“窗口”，窗口的尺寸就限制了可以進入的分子大小。比它小的分子可以進入，比它大的分子就被拒于“窗外”。這樣，它只能允許比其微孔孔徑小的分子吸附上去，比其大的分子則不能進入，有分子篩的作用，故稱為分子篩。第二節(jié)吸附劑第二十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日分子篩(合成沸石)一般可用

式表示的含水硅酸鹽。其中M表示金屬離子，多數(shù)為鈉、鉀、鈣，也可以是有機胺或復合離子。n表示復合離子的價數(shù)，y和w分別表示SiO4和H2O的分子數(shù)，y又稱為硅鋁比，硅鋁比為2左右的稱為A型分子篩，3左右的稱為X型分子篩，3以上稱為Y型分子篩。根據(jù)原料配比、組成和制造方法不同，可以制成不同孔徑(一般從3?到8?)和形狀(圓形、橢圓形)的分子篩。分子篩是極性吸附劑，對極性分子，尤其對水具有很大的親和力。由于分子篩突出的吸附性能，使得它在吸附分離中有著廣泛的應用，主要用于各種氣體和液體的干燥，芳烴或烷烴的分離及用作催化劑及催化劑載體等。第二節(jié)吸附劑第二十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日

（五）硅膠是一種堅硬無定形鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒硅膠的化學式：SiO2nH20用硫酸處理硅酸鈉水溶液，生成凝膠。水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便可得到玻璃狀的硅膠。硅膠是極性吸附劑，難于吸附非極性物質(zhì)，易于吸附極性物質(zhì)（如水、甲醇等）吸濕，高濕度氣體的干燥。

第二節(jié)吸附劑第二十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日二、吸附劑的再生當吸附進行一定時間后吸附劑的表面就會被吸附物所覆蓋，使吸附能力急劇下降，此時就需將被吸附物脫附，使吸附劑得到再生。吸附劑的再生，即吸附劑脫附，通常采用的方法：提高溫度或降低吸附質(zhì)在氣相中的分壓，這樣的結(jié)果：吸附質(zhì)將以原來的形態(tài)從吸附劑上回到氣相或液相，這種現(xiàn)象稱為“脫附”，所以物理吸附過程是可逆的。吸附分離過程正是利用物理吸附的這種可逆性來實現(xiàn)混合物的分離。第二節(jié)吸附劑第二十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日(1)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學觀點可知，溫度降低有利于吸附，溫度升高有利于脫附。這是因為分子的動能隨溫度的升高而增加，使吸附在固體表面上的分子不穩(wěn)定，不易被吸附劑表面的分子吸引力所控制，也就越容易逸入氣相中去。

變溫吸附——吸附操作通常是在低溫下進行，然后提高操作溫度使被吸附組分脫附。通常用水蒸汽直接加熱吸附劑使其升溫解吸，解吸物與水蒸汽冷凝后分離。吸附劑則經(jīng)間接加熱升溫干燥和冷卻等階段組成變溫吸附過程，吸附劑循環(huán)使用。

第二節(jié)吸附劑第二十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日(2)降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關(guān)。壓力高，吸附進行得快，脫附進行得慢。當壓力降低時，脫附現(xiàn)象開始顯著。所以操作壓力降低后，被吸附的物質(zhì)就會脫離吸附劑表面返回氣相。有時為了脫附徹底，甚至采用抽真空的辦法。

這種改變壓力的再生操作，在變壓吸附中廣為應用。如吸附分離高純度氫，先是在1.37～4.12MPa壓力下吸附，然后在常壓下脫附，從而可得到高純度氫，吸附劑也得到再生。變壓吸附

——根據(jù)系統(tǒng)操作壓力變化不同，變壓吸附循環(huán)可以是常壓吸附、真空解吸，加壓吸附、常壓解吸，加壓吸附、真空解吸等幾種方法。

第二節(jié)吸附劑第二十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日

(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸附劑床層，進行吹掃，以降低吸附劑上的吸附質(zhì)分壓，從而達到脫附。當吹掃氣的量一定時，脫附物質(zhì)的量取決于該操作溫度和總壓下的平衡關(guān)系。

第二節(jié)吸附劑第三十頁，共八十四頁，2022年，8月28日

(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當該流體被吸附劑吸附的程度較吸附質(zhì)弱時，通入的流體就將吸附質(zhì)置換與吹掃出來，這種流體稱為脫附劑。

如果通入的脫附劑，其被吸附程度比吸附質(zhì)強時，則純屬置換脫附，否則就兼有吹掃作用。脫附劑被吸附的能力越強，則吸附質(zhì)脫附就越徹底。這種脫附劑置換脫附的方法特別適用于熱敏性物質(zhì)。當然，采用置換脫附時，還需將脫附劑進行脫附。

溶劑置換

在恒溫恒壓下，已吸附飽和的吸附劑可用溶劑將床層中已吸附的吸附質(zhì)沖洗出來，同時使吸附劑解吸再生。常用的溶劑有水、有機溶劑等各種極性或非極性物質(zhì)。第二節(jié)吸附劑第三十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小。選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。穩(wěn)定性好：吸附劑應具有較好的熱穩(wěn)定性，在較高溫度下解吸再生其結(jié)構(gòu)不會發(fā)生太大的變化。同時，還應具有耐酸堿的良好化學穩(wěn)定性。有巨大的內(nèi)表面適當?shù)奈锢硖匦粤畠r易得

具有一定吸附能力的多孔物質(zhì)都可以作吸附劑.三、吸附劑的性能要求第二節(jié)吸附劑第三十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日四、吸附劑選擇的影響因素如何選擇適宜的吸附劑？——需要根據(jù)被分離對象、分離條件和吸附劑本身的特點確定——需要進行試驗研究第二節(jié)吸附劑第三十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日四、吸附劑選擇的影響因素(一)吸附劑結(jié)構(gòu)(二)吸附質(zhì)的性質(zhì)(三)操作條件第二節(jié)吸附劑第三十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、吸附平衡與平衡吸附量二、吸附等溫線三、單一氣體的吸附平衡四、液相吸附平衡第三節(jié)吸附平衡理論第三十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)將被吸附劑所吸附。吸附速度解吸速度當吸附速度和解吸速度相等時，流體中吸附質(zhì)濃度不再改變時→→吸附平衡吸附劑吸附能力用吸附量q表示。

一、吸附平衡與平衡吸附量第三節(jié)吸附平衡理論第三十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)與固體吸附劑經(jīng)長時間充分接觸后，吸附質(zhì)在流體相和固體相中的濃度達到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。

2、吸附過程的方向和極限：吸附平衡關(guān)系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。若流體中吸附質(zhì)濃度高于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被吸附，若流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被解吸，最終達吸附平衡，過程停止。

3、吸附平衡的影響因素：單位質(zhì)量吸附劑的平衡吸附量受到許多因素的影響，如吸附劑的物理結(jié)構(gòu)(尤其是表面結(jié)構(gòu))和化學組成，吸附質(zhì)在流體相中的濃度，操作溫度等。第三節(jié)吸附平衡理論第三十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日二、吸附等溫線

在一定溫度下溶質(zhì)分子在兩相界面上進行的吸附過程達到平衡時，它們在兩相中濃度之間的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。不論吸附力的性質(zhì)如何，在一定溫度下，氣、固兩相經(jīng)過充分接觸后，終將達到吸附平衡。這時，披吸附組分在固相中的濃度和與固相接觸的氣相中的濃度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系。在一定溫度下，分離物質(zhì)在液相和固相中的濃度關(guān)系可用吸附方程式來表示。第三節(jié)吸附平衡理論第三十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：x—被吸附組分的質(zhì)量，kg；m—吸附劑的質(zhì)量，kg；x／m——吸附劑的吸附容量，kg(吸附質(zhì))/kg(吸附劑)；p—平衡時被吸附組分在氣相中的分壓，atm；a、n—經(jīng)驗常數(shù)，與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)及溫度有關(guān)，通常n＞1，其值由實驗確定。Freundlich方程為經(jīng)驗公式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實驗擬合結(jié)果。第三節(jié)吸附平衡理論第三十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：對吸附等溫式兩邊取對數(shù)：lga

雙對數(shù)坐標1/n1/n越小，說明吸附可在相當寬的濃度范圍下進行。一般認為1/n=0.1–0.5時容易吸附第三節(jié)吸附平衡理論第四十頁，共八十四頁，2022年，8月28日2.朗格謬爾（langmuir)公式方程推導的基本假定：吸附劑表面性質(zhì)均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子。吸附質(zhì)在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質(zhì)分子之間無作用力。第三節(jié)吸附平衡理論第四十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日單分子層吸附的Langmuir方程：

p——吸附質(zhì)的平衡分壓，PaA——吸附質(zhì)的吸附平衡常數(shù)；Vm——全部固體表面蓋滿一個單分子層時所吸附的氣體體積。第三節(jié)吸附平衡理論第四十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日如何求解langmuir公式參數(shù)？1/pm/x1/Vm1/(AVm)公式變換得：第三節(jié)吸附平衡理論第四十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日當p很小時，則：x/m=AVmp呈亨利定律，即吸附量與氣體的平衡分壓成正比。當p時，

q=Vm此時，吸附量與氣體分壓無關(guān)，吸附劑表面被占滿，形成單分子層。Langmuir公式分析：第三節(jié)吸附平衡理論第四十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日3.BET公式由Brunaner,Emmett和Teller3人提出的?；诙喾肿訉游?，在Langmuir公式基礎(chǔ)上推導出來的。假設(shè)：吸附分子在吸附劑上是按各個層次排列的。吸附過程取決于范德華引力，吸附質(zhì)可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。每一層吸附都符合Langmuir公式。第三節(jié)吸附平衡理論第四十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日V——在壓力為P、溫度為T條件下被吸附氣體的體積；P0——在吸附溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓力；C——常數(shù)，與吸附質(zhì)的汽化熱有關(guān)。BET公式中的參數(shù)Vm和C可以通過實驗測定。通常只適用于比壓（p/p0）約在0.05～0.35比壓小于<0.05，建立不起多層物理吸附平衡；比壓>0.35，毛細凝聚變得顯著，破壞多層物理吸附平衡。第三節(jié)吸附平衡理論第四十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附平衡理論三、單一氣體的吸附平衡不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線第三節(jié)吸附平衡理論q=f(p,T)第四十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日混合氣體中有兩種組分發(fā)生吸附時，每種組分吸附量均受另一種組分的影響?；钚蕴繉σ彝榈奈捷^多，而硅膠對乙烯的吸附較多。乙烷-乙烯混合氣體的平衡吸附(25℃，101.325kPa)第三節(jié)吸附平衡理論第四十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙組分總壓時的平衡吸附量qA、qB為混合氣體吸附平衡時吸附量第三節(jié)吸附平衡理論第四十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；選擇最佳的吸附劑；吸附劑的最佳吸附條件；不同吸附劑的吸附特性對比；混合吸附質(zhì)的競爭吸附比較。吸附模型的工程意義第三節(jié)吸附平衡理論第五十頁，共八十四頁，2022年，8月28日1.液相吸附的特點液相吸附的機理比氣相復雜。在吸附質(zhì)發(fā)生吸附時，溶劑也有可能被吸附。影響因素包括：除溫度和溶質(zhì)濃度外，溶劑種類、吸附質(zhì)的溶解度和離子化、各種溶質(zhì)之間的相互作用等。在溶劑的吸附作用忽略不計時，可以認為是單組分吸附。四、液相吸附平衡第三節(jié)吸附平衡理論第五十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日2.吸附等溫線測定方法：假設(shè)溶劑不被吸附，或者液體混合物是溶質(zhì)的稀溶液測定溶液與吸附劑接觸前后的濃度變化達到吸附平衡時：V：液體容積，m：吸附劑質(zhì)量：吸附平衡時，液相中溶質(zhì)濃度0：吸附前，液相中溶質(zhì)濃度q=V(0-)/m第三節(jié)吸附平衡理論第五十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日3.吸附等溫式Freundlich吸附等溫方程式：q——平衡吸附量，kg/kga——和吸附劑種類、特性、溫度以及所用單位有關(guān)的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關(guān)——吸附質(zhì)在液相中的平衡濃度,mg/L第三節(jié)吸附平衡理論第五十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附動力學一、吸附機理二、吸附的傳質(zhì)速率方程

第五十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附動力學

(1)外部擴散。吸附劑周圍的流體相中組分A擴散穿過流體膜到達固體吸附劑表面。(2)

內(nèi)部擴散。組分A從固體表面進入其微孔道，在微孔道的吸附流體相中擴散到微孔表面。(3)

吸附。擴散到微孔表面的組分A分子被固體所吸附，完成吸附。(4)脫附。已被吸附的組分A分子，部分脫附，離開微孔道表面。(5)內(nèi)反擴散。脫附的組分A分子從孔道內(nèi)吸附流體相擴散到吸附劑外表面。

固體吸附顆粒在流體中吸附過程的示意圖(6)外反擴散。組分A分子從外表面反擴散穿過流體膜，進入外界周圍的流體中，從而完成脫附。一、吸附機理第五十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日（1）吸附質(zhì)從流體主體擴散到吸附劑外表面——外擴散（2）吸附質(zhì)由吸附劑的外表面向微孔中的內(nèi)表面擴散——內(nèi)擴散（3）吸附質(zhì)在吸附劑的內(nèi)部表面上被吸附

一般第(3)步的速度很快，吸附傳質(zhì)速率主要取決于第(1)和(2)兩步。外擴散速度很慢——外擴散控制內(nèi)擴散速度很慢——內(nèi)擴散控制吸附劑從流體中吸附吸附質(zhì)的傳質(zhì)過程第四節(jié)吸附動力學第五十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。外部擴散速度與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對運動速度，可提高速度孔隙擴散速度吸附劑顆粒越小，速度越快第四節(jié)吸附動力學第五十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日影響吸附的因素衡量指標吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量第四節(jié)吸附動力學第五十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附速率：

1、定義：

當含有吸附質(zhì)的流體與吸附劑接觸時，吸附質(zhì)將被吸附劑吸附，吸附質(zhì)在單位時間內(nèi)被吸附的量稱為吸附速率。吸附速率是吸附過程設(shè)計與生產(chǎn)操作的重要參量。

2、影響因素：

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)。第四節(jié)吸附動力學第五十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附過程不同階段的吸附速率大?。?/p>

對于一定體系，在一定的操作條件下，兩相接觸、吸附質(zhì)被吸附劑吸附的過程如下：⑴開始時，吸附質(zhì)在流體相中濃度較高，在吸附劑上的含量較低，遠離平衡狀態(tài)，傳質(zhì)推動力大，故吸附速率高。⑵過程中期，隨著過程的進行，流體相中吸附質(zhì)濃度降低，吸附劑上吸附質(zhì)含量增高，傳質(zhì)推動力降低吸附速率逐漸下降，⑶末期平衡時，經(jīng)過很長時間，吸附質(zhì)在兩相間接近平衡，吸附速率趨近于零。

第四節(jié)吸附動力學第六十頁，共八十四頁，2022年，8月28日

根據(jù)上述機理，對于某一瞬間，按擬穩(wěn)態(tài)處理，吸附速率可分別用外擴散、內(nèi)擴散或總傳質(zhì)速率方程表示。1、外擴散傳質(zhì)速率方程：

q—吸附劑上吸附質(zhì)的含量，kg吸附質(zhì)/kg吸附劑；θ—時間，s；—每千克吸附劑的吸附速率，kg/s·kg；aF—吸附劑的比外表面，m2/kg；C—流體相中吸附質(zhì)的平均濃度，kg/m3

；Ci—吸附劑外表面上流體相中吸附質(zhì)的濃度，kg/m3；kF—流體相側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)，m/s。第四節(jié)吸附動力學二、吸附的傳質(zhì)速率方程

第六十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日2、內(nèi)擴散傳質(zhì)速率方程：

ks—吸附劑固相側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)，kg

/s·m；

qi—吸附劑外表面上的吸附質(zhì)含量，kg/kg；q—吸附劑上吸附質(zhì)的平均含量，kg/kg。第四節(jié)吸附動力學二、吸附的傳質(zhì)速率方程

第六十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日3、總傳質(zhì)速率方程

C*—與吸附質(zhì)含量為的吸附劑呈平衡的流體中吸附質(zhì)的濃度

，kg

/m3；

q*—與吸附質(zhì)濃度為C的流體呈平衡的吸附劑占吸附質(zhì)的含量

，kg/kg；KF

—以表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)

，m/s。Ks

—以表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)

，kg/s·m2。第四節(jié)吸附動力學二、吸附的傳質(zhì)速率方程

第六十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、間歇吸附二、固定床吸附三、移動床吸附四、流化床吸附

第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第六十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附設(shè)備操作方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過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第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第六十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、間歇吸附間歇式接觸過濾吸附是一種專門用于液體吸附的方法。將吸附劑與被處理的溶液加入到攪拌的吸附槽中，經(jīng)過足夠的接觸時間后，將液體和吸附劑分離。操作方式可以分為單級吸附、多級吸附和逆流吸附等第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第六十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日液體接觸過濾器示意圖活性炭染料廢水處理水第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線含鹽量較大的高色度有機廢水，無機鹽濃度為15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有機物主要是苯系、萘系化合物(BOD5/COD一般為0.02～0.2)，并具有很強的毒性第六十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日（一）單級吸附G,0G,1L,x0L,x1

溶劑量G和吸附劑量L不變。根據(jù)質(zhì)量守恒定律：G：溶劑量，m3；L：吸附劑量，kgx0,x1：吸附質(zhì)在進、出吸附槽的吸附劑中的濃度，kg（吸附質(zhì)）/kg（吸附劑）0,1：吸附質(zhì)在進、出吸附槽的溶液中的濃度，kg（吸附質(zhì)）/m3（溶劑）吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第六十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日過端點（x0,0）和（x1,1），斜率為－L/G的直線假設(shè)在該級操作中，固－液之間達到平衡，即為一個理論級，則（x1,1）點在平衡線上。01x0x1x操作線平衡線單級吸附操作線第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第六十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日如果吸附平衡關(guān)系可用弗蘭德里希公式表示，則吸附平衡可表示為：

聯(lián)立操作線方程和平衡線方程，可求出固、液相的極限濃度x1,1。如何求出固、液相的極限濃度x1,1？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝a1/n或已知x1,1，求固液比L/G：x0＝0時n>101x-L/G第七十頁，共八十四頁，2022年，8月28日（二）多級吸附G,0G,

1L1,x0L1,x1G,

2L2,x0L2,x2對于第1級：對于第2級：第1級第2級吸附劑第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第七十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日

0

1x0x1x操作線平衡線x2

2A1A2如果吸附平衡可表示為：x0=0時，每一級都是理論級，即（x1,1）和（x2,2）都在平衡線上。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝a1/n第七十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日對于最小吸附劑總用量，d[(L1+L2)/G]/d1＝0對于一定體系和分離要求，a,n,0及2為常數(shù)，則得：即當1符合上式時，總吸附劑用量為最小。由上式求出1,然后再計算各級所需要的吸附劑用量。吸附劑用量如何計算？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第七十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日（三）逆流多級吸附G,012mL,x1L,xm+1x2

x312m上式為逆流吸附操作線方程。理論級數(shù)，可通過在平衡線和操作線之間做階梯確定。吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線對第m級做物料衡算：以整個流程為體系，做吸附質(zhì)的物料衡算：第七十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日0xm+1x1x操作線平衡線m理論級數(shù)：2理論級數(shù)的圖解法第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線第七十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日吸附劑量的計算過B點做不同斜率的操作線，求出最小吸附劑量。0x