固体吸附的应用前景.docVIP

固体吸附剂在环境科学领域的应用 摘要：吸附功能的固体吸附材料,性能优异，特别是在环境保护方面都具有广阔的应用前景。其中，新型的吸附材料纤维素离子交换剂在气相和液相介质的吸附过程中表现出良好的效果,除了常规的活性炭等工艺外，它还可以开拓许多新的工艺技术，如以连续的移动带的方式来使用，而且成本低廉，制备简单。 主题词：固体，吸附，吸附剂 前言 固体的表面与液体一样原子与分子的力场也是不均衡的，因此也有表面张力和表面能。但是由于固体原子或分子不能自由移动，它表现出了自身的一些特点，比如表面分子（原子）移动困难，固体表面不均匀，表面层的组成不同于体相内部。这些方面的差异影响到了固体的吸附行为。 固体表面吸附作用 根据吸附剂对吸附质之间吸附力的不同，吸附可以被分为物理吸附及化学吸附。 对于物理吸附，吸附剂和吸附质之间通过分子间力（“范德华”力）相互吸引，形成吸附现象。吸附质分子各吸附剂表面分子之间的吸引机理，与气体的液化和冷凝时的机理类似。因此，吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时，其吸附热比较低，一般在低于41.862～62802kj。 化学吸附，被吸附的分子和吸附剂表面的原子发生化学作用，在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。因而，化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多，一般都在几十千焦摩尔以上。因为在吸附过程需化学键，所以吸附对吸附质的选择性比较强。化学吸附容量的大小，随被吸附分子和吸附剂表面原子间形成吸附化学键力大小的不同而有差异。化学吸附需要一定的活化能，在相同的条件下，化学吸附（或解吸）速度都比物理吸附慢。事实上，物理吸附和化学吸附之间的区分并没有严格的界限。 常规的吸附剂 合成沸石（分子筛） 沸石分子筛属于多孔性的硅酸铝骨架结构。每一种分子筛都具有均匀一致的孔穴尺寸。其孔径的大小相当于的大小，不同型号的分子筛有不同的有效孔径。目前的分子筛的制造主要采用水热合成法，其次是碱处理法。 活性炭 活性炭是一种多孔含炭物质的颗粒粉末，生产活性炭的原料是一些含碳物质如木材、泥炭、煤、石油、果核等。其中无烟煤、烟煤和果壳是主要原料。其比表面积为600～1600m2/g，故具有优异的吸附能力。它可用于溶剂蒸汽的回收、烃类气体提取分离、动植物油和精制、空气或者其他气体的脱臭、水和其他溶剂的脱色等。 活性氧化铝 活性氧化铝由三水合Al(OH)3或三水铝矿加热脱水制成。它为多孔结构物质并具有良好的机械强度，其比表面积大约为210～360m2/g。活性氧化铝对不分有很强的吸附能力，主要用于气体和液体的干燥、石油气的浓缩和脱硫，近来又将它用于含氟废气的治理。 硅胶 硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒，一般作成粒状或球状体。硅胶的吸水量大，它从气体中吸附的水分量最高可以过硅胶自重的50%。吸水后的饱和硅胶，可通过加热方法（537K）将其吸附的水分脱附，得到再生。 离子交换树脂 离子交换过程是一百多年前梅（Way）从土壤中发现的，自1933年开始合成以来，至今已获得长足发展。目前离子交换树脂的商品品种已愈二千多种，包括阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂等。其中螯合树脂是以交联聚合物为骨架，连接有螯合基团，对环境中重金属的选择性更强，因此应用十分广泛。 新吸附剂的出现和生命力 由于近数十年来世界各国对环保、节能等领域提出更高要求，在大量人力财力投入下、吸附剂的研究开发工作取得很快发展，研制出很多专用的新型吸附剂，使很多工艺过程得前所未有和简化、精纯、节能及节省投资。 碳分子筛 碳分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的碳基吸附剂。碳分子筛具有很小微孔组成，孔径分布0.3nm~1nm之间，它是最大用途空气分离制纯氮。它吸附氧而得到纯氮，也就是可得到比原始空气压力稍低的氧气。 环保用分子筛 　　在消除大气污染方面，近年来采用专用分子筛脱除硫酸厂尾气中的SO2和硝酸厂尾气中的NOx一般为600～2500ml/L，通过分子筛床吸附后尾气中的NOx可小于10ml/L，大大改善了大气污染情况。吸附剂达到一定饱和度以空气（315　OC）再生，回收的NOx可返回到硝酸系统。 处理放射性废物专用分子筛 在原子能工业中，一些半衰期很长的裂变物质要转化为固体形态进行存储，采用专用沸石分子筛不受辐射的影响，而且某些沸石分子筛对Cs+有高的亲合力，可在高浓度的Na+、NH4+等离子共存下选择地交换微量的Cs+。 吸附剂在环保领域中的应用 在环境保护呼声日渐高涨的今天，特别是工农业生产排放的含重金属离子的废水以及大气中的有害气体严重影响人们健康之际，固体吸附剂在处理环境废物中的显著作用就越来越引起了环保工作者的高度重视。 废水中离子的去除 在生活污水和工业废水中所含的磷酸根离子是引起水体富营养化的原因之一。Motoyuki