09新型分离吸附.ppt

第四章????吸附（Adsorption）与离子交换（Ion Exchange） 一.吸附分离概述 吸附: 指气体或液体分子在固体表面的富集 ，其中固体物质称为吸附剂(Adsorbent)，被吸附的物质称为吸附质(Adsorbate)。 吸附剂一般为多孔颗粒（也有粉末状、纤维状），其主要特点是具有很大的内孔表面积。 物理吸附（或称范德华吸附）： 是吸附剂分子与吸附质分子间吸引力(范德华力）作用的结果，其分子间结合力较弱，容易脱附 。 化学吸附： 是由吸附质与吸附剂分子间化学健的作用所引起，其间结合力比物理吸附大得多，放出的热量也大得多，与化学反应热数量级相当，过程往往不可逆。 化学吸附在固相催化中起重要作用。 下面主要讨论物理吸附 二.常用吸附剂 ⑴ 活性炭（Activated Carbon, AC) 是一种疏水性和亲有机物的非极性吸附剂。 特点：比表面积大（在 500～1500m2/g）， 吸附量大，抗酸耐碱，化学和热稳定性高，解吸容易。 制备：通常所有含碳的物料，如木材、木屑、果壳、褐煤等都可以加工成黑炭，经活化制成活性炭。 有颗粒、粉末或纤维状（可进一步制成布状）。 常用于溶剂回收，溶液脱色、除臭、净制等。 ⑵ 硅胶(Silica Gel) 是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，属极性吸附剂。 比表面积在300 ～ 800 m2／g左右。 主要用于气体的干燥脱水、烃类分离及作催化剂的载体等。 ⑷ 沸石分子筛 (Zeolite Molecular Sieve) 是人工合成的无机吸附剂,其组成与天然沸石相近,是铝、硅酸盐类的化合物。 具有特定且均匀一致的孔径 ，只允许比其微孔孔径小的分子吸附上去，比其微孔大的分子则不能进入， 故称为分子筛。 是极性吸附剂，对水具有很大的亲和力。 比表面积在400～1000 m2/g。 主要用于各种气体和液体的干燥，芳烃、烷烃的分离及用作催化剂及催化剂载体等。 常用沸石分子筛 （5） 吸附树脂（Resin） 是一种网状结构的有机高聚物，如南开和成公司的ADS系列、美国RohmHaas公司的XAD系列树脂是苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，可根据需要制成不同孔径、不同比表面积 、极性或非极性的吸附剂。 比表面积一般在200～700 m2／g左右。 主要用于废水中有机物的吸附、天然产物与生化产品的分离等。 三.吸附平衡 在一定温度和压力或浓度下，当气体或液体与固体吸附剂经长时间充分接触后，吸附质在流体相和固体相中的含量不再变化，即达到平衡状态。 影响吸附平衡的因素：温度、压力或浓度、吸附剂和吸附质的性质。 通常吸附量与温度成反比，与压力或浓度成正比。 温度一定，吸附量随压力增加而增加。低压时增加较快，高压时增加变慢。 压力一定，吸附量随温度升高而降低。高温时，吸附量很低。 即高压低温有利于吸附, 低压高温有利于解吸(吸附剂的脱附再生）. CO2在分子筛和活性炭上的吸附等温线 水中乙醇在活性炭上的吸附等温线 吸附等温线方程 (1) Langmuir（朗格缪尔）方程 ? 气相吸附 液相吸附 最大吸附量 qm与朗格缪尔常数 b 可由实验数据回归求得，如气相吸附Langmuir方程可写成 (2) Freundlich (弗里德里希)方程 气相吸附 液相吸附 (3) Langmuir －Freundlich方程 ? 气相吸附 液相吸附 (4)多组分吸附的 Langmuir方程 以二组分气相吸附为例（二组分分别用下标1 和2表示） （1）外扩散 ①外扩散：吸附质从流体主体通过扩散传递到吸附剂颗粒的外表面。因为流体与固体接触时，在紧贴固体表面处有一层滞流膜，所以这一步的速率主要取决于吸附质以分子扩散通过这一滞流膜的传递速率。 ②内扩散：吸附质从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上微孔扩散进入颗粒内部，到达颗粒的内部表面。 ③吸附：吸附质被吸附剂吸附在内表面上。 对于物理吸附，第三步通常是瞬间完成的，所以吸