《分离工程》7.吸附-07.pptVIP

第七章 吸附 7.1.1 吸附过程 一、吸附原理 由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在有相互作用力，气体或液体分子有吸着于固体物质表面的趋势,通常形成单分子层,有时形成多分子层,这种现象称为吸附.其中;被吸着的物质为吸附质;具有多孔表面的固体为吸附剂.通常形成单分子层，有时也形成多分子层。 ——吸附现象 选择性吸附继而再生是分离气体或液体混合物的基础。大多数情况下，吸附剂对吸附质的亲和力比原子之间的共价键要弱，所以吸附是可逆的。随温度的升高或被吸附质分压的降低，吸附质被解吸。 吸附的键能 吸附剂/ 吸附质之间的亲和力可用于选择性分离（如右图），吸附过程需要一个适合的键能范围。如果键强度太弱，则几乎没有物质被吸附，如果键能太强，则解吸困难。 化学吸附： 由吸附剂与吸附质分子间化学键的作用所引起的吸附称为化学吸附，该过程的特点是吸附过程放出的热量与化学反应热相当；过程往往不可逆。化学吸附多涉及一些表面催化反应（加氢催化剂中镍催化剂对氢的吸附）。 7.1.2 吸附剂 活性碳 沸石分子筛 吸附剂 硅胶 活性氧化铝 吸附剂的主要特征： 1. 多孔结构 ； 2. 较大的比表面积 选择性吸附是吸附剂的关键性质。根据吸附剂表面的选择性，吸附剂又分为： 1. 疏水吸附剂； 2. 亲水吸附剂 影响吸附剂性能的主要因素： 1. 化学组成； 2. 制造方法 1.活性碳——非极性吸附剂 活性碳是碳质吸附剂的总称。各种含碳有机物均可以制造活性碳，活性碳的制造主要有两步： 1碳化；2 活化。 活性炭具有非极性表面。为疏水亲有机物的吸附剂；它具有性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大、解吸容易及再生性能好的优点。 广泛用于：脱除水中有机物；水溶液中的色素等。 2.沸石分子筛： 分子筛有天然和合成分子筛。 每一种沸石分子筛都具有特定的均一孔径，它因原料的配比、组成和制造方法不同而不同，通过改变这些因素可以制造出各种孔径和形状的沸石分子筛。 沸石分子筛是强极性吸附剂，对极性分子如H2O、CO2、H2S和其他类似物质有很强的亲和力。而对有机物的亲和力较弱。 3.硅胶－极性吸附剂 硅胶的化学通式为：SiO2·nH2O。用硅酸钠与无机酸反应生成硅酸，其水合物在适宜的条件下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚物，经聚集、洗盐、脱水而成为硅胶。在制造过程中通过控制胶团的尺寸和堆积的配位数，可以控制硅胶的孔容、孔径和比表面积。 硅胶处于高亲水和高疏水的中间状态，常用于各种气体脱水，也用于烃类分离。 4.活性氧化铝——极性吸附剂 活性氧化率的化学通式为：Al2O3·nH2O 用无机酸的铝盐与碱反应生成氢氧化铝的溶胶，然后转变为凝胶，经过灼烧脱水而得。 活性氧化铝的表面活性中心是羟基和路易斯酸中心，极性强，对水具有很高的亲和作用，广泛用于脱除气体中的水分。 不同吸附剂的脱水性能 7.2 吸附平衡 吸附平衡： 在一定条件下，当流体（气体或液体）与固体吸附剂接触时，流体中的吸附质将被吸附，经过足够长的时间，吸附质在两相中的浓度不再变化，达到吸附平衡。 吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限，是吸附过程的基本依据。 吸附平衡关系通常用等温下吸附剂中吸附质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压间的关系表示（等温曲线）。 7.2.1 气体吸附平衡 一、单组分气体吸附平衡 吸附等温线： 吸附平衡时的吸附容量q： q=f（T，P） 若T不变，q=f（P） ——吸附等温线 五类实验吸附等温线: ?类：简单，适应单分子层吸附，常用于处于临界温度以上 的气体； Ⅱ类：复杂，与多分子层吸附有关，气体温度低于临界温度，压力较低，但接近饱和蒸汽压。第一吸附层的吸附热大于后继吸附层的吸附热，后者等于冷凝。