吸附-演讲版课件

1、吸附 吸附吸附的基本理论 常用吸附剂吸附工艺与设备吸附法的应用 吸附原理和吸附类型一、吸附 某种物质(离子或分子) 在另一种物质表面或微孔内积聚的现象。二、吸附剂和吸附质 吸附剂：具有吸附性能的物质。 特点：多孔固体，比表面积大。 吸附质：能被吸附剂吸附的物质。 吸附区别于吸收 与吸附不同，吸收时，液相中物质分子是均匀分散的。而吸附是流体分子富集在固体表面上，形成一吸附层（或称吸附膜），而没有向固体内部渗透。由于吸附是一种表面现象，所以只有那些具有较大内表面的多孔性固体才具有吸附能力。吸附过程是由流体（气体或液体）与固体构成一个体系，是非均相过程。三、 吸附机理 固体表面分子(或原子)处于特殊

2、的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂和吸附质之间的电子转移，发生化学反应而产生。 特点释放大量的热单分子层吸附，稳定，不易解吸交换吸附1st极性吸附: 吸附剂表面如为极性分子所组成，则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离子而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。 2nd离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。 吸附剂表面键合的离子基团或可离子化基团,通过静电引力吸附带有相反

3、电荷的离子,吸附过程发生电子转移。物理吸附和化学吸附对比吸附性能物理吸附化学吸附作用力分子引力（范德华力）剩余化学键力选择性没有选择性有选择性吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热较小，41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆吸附平衡 当溶液中吸附质的浓度和吸附剂单位吸附量不再发生变化时，达到了吸附平衡。 吸附容量和吸附等温线吸附剂吸附质脱附：吸附的逆过程12 吸附容量 衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，

4、单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g）。 达到吸附平衡时：qe = V(C0-Ce)/mV：液体容积， m：吸附剂质量 Ce：吸附平衡时，液相中溶质浓度C0：吸附前，液相中溶质浓度 吸附等温线测定方法：假设溶剂不被吸附，测定溶液与吸附剂接触前后的浓度变化吸附等温线1.弗兰德里希（Freunlich）公式：q吸附量，L/kg（气相）或kg/kg（液相）k和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数n常数，和温度有关pe吸附质气相中的平衡分压, PaCe吸附质在液相中的平衡浓度随着pe或Ce的增大，吸附量q随之增加。但pe或Ce增加到一定程度后，q不再变化。气相吸附液相吸附弗兰德里希公

5、式是经验公式，适用于低浓度气体或低浓度溶液。对于气体：压力范围不能太宽，低压或高压区域不能得到满意的实验拟合结果。弗兰德里希公式参数的求解：对吸附等温式两边取对数：k双对数坐标1/n1/n越小，说明吸附可在相当宽的浓度范围下进行。 一般认为 1/n = 0.1 0.5 时容易吸附 k双对数坐标1/n2.朗格谬尔（langmuir)公式方程推导的基本假定：吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个分子。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。吸附在吸附剂表面的吸附质分子之间无作用力。 Langmuir公式：Langmuir公式分

6、析：当p（或C）很小时，则：q=k1qmp（或q=k1qmC）满足亨利定律，即吸附量与流体的平衡分压（或浓度）成正比。当p（或C）时， q=qm此时，吸附量与流体的浓度无关，吸附剂表面被占满，形成单分子层。3.BET公式由Brunaner, Emmett和Teller 3人提出的。大多数吸附体系属于II型等温线。基于多分子层吸附，在Langmuir公式基础上推导出来的。假设：吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表面一层一层地累叠吸附。每一层吸附都符合Langmuir公式。2425 吸附速度 , 单位: 吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触时间，V越大

7、，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。 吸附动力学 吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程分以下三步：吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面外扩散吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散内扩散吸附质在吸附剂的内部表面上被吸附 一般第(3)步的速度很快，吸附传质速率主要取决于第(1)和(2)两步。外扩散速度很慢外扩散控制内扩散速度很慢内扩散控制吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附质颗粒越小，速度越快(一) 吸附剂的性质 1 物理性质：孔的大

8、小、比表面积； 2 表面化学特性：表面的极性。(二) 吸附质的性质 1 溶解度； 2 分子量； 3 分子极性；吸附的影响因素 (三) 操作条件 温度：物理吸附、化学吸附； pH值：影响吸附质的存在状态和吸附剂表面特性。 接触时间： 共存物质：诱发物；干扰物； 生物协同作用：繁殖微生物，有利于有机物的分解。二 常用吸附剂 吸附剂按其化学结构可分为有机吸附剂和无机吸附剂。 常用的有机吸附剂有活性炭、球性炭化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等； 常用的无机吸附剂有硅胶、活性氧化铝、硅藻土、分子筛等。 活性炭是一类碳质吸附剂的总称，品种很多。几乎所有的有机物都可以作为制造活性炭的原料，如泥炭、褐煤、烟煤

9、、重质石油馏分、木材、果壳、纸浆废液等。 将原料在隔绝空气的条件下加热至600左右（有时还加添加剂），使其热分解，得到的残碳再在800以上高温下与空气、水蒸气或二氧化碳反应使其烧蚀，便生成多孔的活性炭。 活性炭具有吸附力强，分离效果好，来源比较容易，价格便宜。但由于活性炭生产原料和制备方法不同，因此吸附性能的可重复性很难控制。另外活性炭色黑质轻，有时会造成环境污染。 （1）活性碳活性炭 粉状活性炭颗粒极细，呈粉末状，其表面积、吸附力和吸附量都非常大，是活性炭中吸附力最强的一类。但因其颗粒太细，给后续过滤操作带来困难。 颗粒状活性炭的颗粒粒径较前者大，表面积相应减小，吸附力与吸附量次于粉末状活性

10、炭，但过滤较前者容易。 锦纶-活性炭是以锦纶为粘合剂，将粉末状活性炭制成颗粒。其表面积较纯颗粒状活性炭大，较粉末状活性炭小，但吸附能力较两者都弱。锦纶不仅起粘合作用，也起着脱活性作用，因此可用于分离前两种活性炭吸附太强而不易解吸的物质，如分离酸性氨基酸或碱性氨基酸，效果良好。 活性炭纤维是用炭素纤维活化而制得的一种纤维状吸附剂，可做成毛毡状、纸片状、布料状、蜂巢状等。活性纤维的外表面积比颗粒活性炭大，吸附和解吸速度比颗粒状活性炭大，且阻力小，容易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。 球形炭化树脂是采用球形大孔吸附树脂为原料，经炭化、高温裂解及活化制成的吸附剂。与其他形状活性炭

11、相比，球形炭化树脂不易掉屑而污染被处理物系，且可与被处理气体或液体均匀接触，气体和液体通过球形吸附剂床层时的阻力小。通过控制聚合条件，改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。 炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（210）和更窄的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N2。 活性氧化铝（Al2O3nH2O）是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。 通过控制氢氧化铝晶粒尺寸和堆积配位数可以控制氧化铝的孔容、孔径和表面积。由铝土矿加热脱水可制成天然活性氧化铝。氧化铝按品型可分为、和共8种。通常所说的“活性氧化铝”是指-Al2O3或是、和氧化铝的混和物。

12、 活性氧化铝具有相当大的比表面积（200400m2/g），且机械强度高，物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。活性氧化铝表面的活性中心是羟基和路易斯酸中心，极性强，对水有很强的亲和作用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的水，也常用作色谱柱填充材料。（2）活性氧化铝氧化铝 硅胶（SiO2nH2O）是用Na2SiO3与无机酸反应生成H2SiO3，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， 极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表面的羟基生成氢键，吸附力很强。对极性高的分子如芳香烃、不饱和烃等的吸附能力次之。对饱和烃、环烷烃等只有色散力的作用，吸附力最

13、弱。硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充材料。（3）硅胶和硅藻土 硅藻土是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸形成的，基本质是含水的无定形SiO2，并含有少量Fe2O3、C2O、MgO、Al2O3及有机杂质，外观一般呈浅黄色或浅灰色，优质的呈白色，质软，多孔而轻。硅藻土的多孔结构使它成为一种良好吸附剂，在食品、化工生产中常用来作助滤剂及脱色剂。 沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m(AlO2)x(SiO2)yzH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，

14、余下的原子形成笼形结构，孔径为310。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。（4）沸石分子筛（a）A 型 （b）X 型两种常用沸石分子筛的结构 沸石分子筛的吸附作用有两个特点：（1）表面上的路易斯中心极性很强；（2）沸石中的笼或通道的尺寸很小，使得其中的引力场很强。因此，其对吸附质分子的吸附能力远超过其他类型的吸附剂。即使吸附质的分压（或浓度）很低，吸附量仍很可观。沸石分子筛的吸附分离效果不仅与吸附质分子的尺寸和形状有关，而且还与其极性有关

15、，因此，沸石分子筛也可用于尺寸相近的物质的分离。 吸附树脂指的是一类高分子聚合物。常用的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸酯树脂等。吸附树脂品种很多，单体的变化和单体上官能团的变化可赋予树脂以各种特殊的性能。吸附树脂可分为非极性、中极性、极性及强极性四类。吸附树脂可用于除去废水中的有机物，糖液脱色，天然产物和生物化学制品的分离与精制等。（5）吸附树脂 大孔吸附树脂广泛应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离。对人参皂甙、三七皂甙、绞股兰皂甙、薯蓣皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄酮内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄酮、茶多酚、洋地黄强心甙、麻黄精

16、粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、红豆杉生物碱、多种天然色素、中药复方药物提取等以及生物化学制品的净化、分离、回收都有良好的效果。并在抗生素、维生素、氨基酸、蛋白质提纯,生化制药方面有很广泛的应用。1. 吸附的工艺过程2. 吸附运转方式3. 吸附的操作方式4. 吸附工艺设计三、吸附工艺过程及设备吸附剂与废水接触吸附吸附剂与废水分离吸附剂的再生或更新2、运转方式一般可分为间歇与连续两种。1、吸附的工艺过程吸附的操作方式间歇式连续式固定床移动床流化床3、操作方式在废水处理中，吸附操作分为静态和动态两种。（1）静态吸附：在废水不流动的条件下进行的吸附操作，是间歇式操作。在废水处理中应用较少，常用设备有水池和桶

17、等。（2）动态吸附：在废水流动条件下进行的吸附操作，常用设备有固定床、移动床和流化床。固定床-吸附剂固定在吸附柱（塔）中。 按水流方向可分为升流式与降流式。按连接方式：单床式、多床串联式、多床并联式。移动床原水与吸附剂逆流接触，处理水由塔顶流出，再生后的再生剂由塔顶加入，饱和的吸附剂间歇从塔底排出。这种方式可连续进行，适用于较大规模的废水处理。 流化床废水有底部进入，吸附剂在塔内处于膨胀状态。吸附操作时料液从床底以较高的流速循环输入，使吸附粒子呈流化状态，同时，料液中溶质在固相上发生吸附过程。4、吸附工艺设计废水预处理吸 附排放静态吸附动态吸附间歇式操作废水和吸附剂在相对运动过程中完成吸附固定

18、床、流化床、移动床去除废水中影 响吸附的杂质:悬浮物、油类、胶 体混凝、沉淀、过滤吸附法在污水处理中的应用 由于吸附法对水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。或是从高浓度的废水中吸附某些物质达到资源回收和治理目的。如:废水中少量重金属离子的去除、有害的生物难降解有机物的去除、脱色除臭等。一、吸附法除汞 汞在天然水中的浓度为0.032.8g/L。水中汞污染物的来源可追溯到含汞矿物的开采、冶炼、各种汞化合物的生产和应用领域。因此在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、木材加工、造纸、油漆颜料、纺织、鞣革、炸药等工业的含汞生产

19、废水都可能是环境水体中汞的污染源。1.水体中汞污染物的来源未经处理的含汞废水被排入当地供水系统 吸附法处理含汞废水 最常用吸附剂是活性炭。其有效性取决于废水中汞的初始形态和浓度、吸附剂用量、处理时间等。增大用量和增长时间有利于提高对有机汞和无机汞的去除效率。一般有机汞的去除率优于无机汞。某些浓度颇高的含汞废水经活性炭吸附处理后，去除率可达8599，但对含汞浓度较低的废水，虽则处理后流出液中含汞水平已相当低，但去除百分数却很小。 除了以活性炭作吸附剂外，近来还常用一些具有强螯合能力的天然高分子化合物来吸附处理含汞废水，如用腐植酸含量高的风化烟煤和造纸废液制成的吸附剂；又如用甲壳素（是甲壳类动物外

20、壳中提取加工得到的聚氨基葡萄糖），经再加工制得的名为Chitosan的高分子化合物，也可作为含汞废水处理的吸附剂。 国内某厂处理含汞污水，工艺中采用静态吸附法（先沉淀，后吸附）。即采用硫化钠作为沉淀剂，使汞离子以硫化汞沉淀析出，同时以氢氧化钙为pH调整剂，硫酸亚铁作絮凝剂除去水中的泥沙等悬浮物质，然后采用吸附泄漏的金属汞和汞化物。经处理后的排放水可以达到排放标准。3.吸附法除汞实例静态吸附法处理含汞废水工艺流程 二、印染废水的深度处理 我国单个企业规模小，区域内数量大，一个镇印染废水排放量每天110万吨，最大一天30万吨。一个县级市每天印染废水达60万吨。如此大的污水排放量自然造成的污染也就非常严重。我国的印染废水产生如此之大，主要有两个原因：第一，我国由于使用低档棉较多，杂质多，需多次冲洗，因此废水量大、COD高、pH高。第二，环保管理落后，工艺相对落后。1.国内印染企业现状印染废水造成的太湖污染