吸附处理技术课件

吸附现象蔚蓝的大海木炭的吸附吸附现象蔚蓝的大海木炭的吸附1

一、概述

1、1吸附当气体或液体与某些固体接触时，气体或液体的分子会积聚在固体的表面上，这种现象称之为吸附。它可以被人认为是某些物质从气体混合物（或溶液）中凝聚到某表面上的一种物理化学现象。

一、概述

1、1吸附2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。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3吸附热流体分子从液体相被吸附到固体表面，其分子的自由焓降低，与吸附前相比，其分子的熵也降低了，按照热力学定律，自由焓变化(△H)、焓变化（△S）关系如下

△G=△H-T△S上式中△G、△S均为负值，故△H肯定为负值。可见它是一个放热的过程。吸附热流体分子从液体相被吸附到固体表面，其分子的自由焓降低，4所放出的热，成为该物质在此固体表面上得吸附热。原因：多孔性固体表面的分子或原子因受力不均匀而具有剩余的表面能，当流体中的某些物质碰撞到固体表面时，受到这些不平衡力懂得作用就会停留在固体表面上。吸附处理技术课件51.2吸附机制

固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。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。1.2吸附机制固体表面分子(或原子)处于特殊的状态6吸附作用:

物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程吸附剂:

在表面上能发生吸附作用的固体吸附物:

被吸附的物质吸附作用:物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程71、3吸附分类

物理吸附:吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附。特点是放热过程吸附物分子状态变化不大，需要的活化能很小，多数在较低温下进行。达吸附平衡时间非常短吸附过程可逆1、3吸附分类物理吸附:吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸8化学吸附：化学吸附是由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，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，不易解吸化学吸附：9

活性炭的制造

高温炭化活化,800~900℃木材、煤、果壳炭渣活性炭

隔绝空气，600℃活化剂：ZnCl2

蒸汽高温活化粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm

棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm

活性炭的制造10

2.活性炭的细孔构造和分布

1.比表面积每g活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：500~1700m2/g，99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。2.细孔构造·小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。2.活性炭的细孔构造和分布11

·过渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。·大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。

12二、吸附作用1、吸附规则

“相似相吸”。

2、离子选择吸附规则（规律）

固体吸附剂优先吸附与其组成相关的离子。3、离子交换吸附①离子浓度越大，则其交换能力便越强。②离子价数越高，则其交换能力越强。③同价离子的交换能力随其水化半径增

大而减弱。吸附处理技术课件13三、吸附类型化学吸附化学键力交换吸附静电引力物理吸附分子间力吸附剂表面特征靠吸附质离子与吸附剂表面带电点上的静电引力聚集在吸附剂表面，同时放出等当量的同号离子。三、吸附类型化学吸附化学键力交换吸附静电引力物理吸附分子间力14吸附等温线

在一定T下，q（吸附质浓度）随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。吸附等温线15吸附等温式吸附平衡吸附等温线朗繆尔（Langmuir）吸附等温式BET等温式弗罗因德利希（Freundlich）吸附等温式吸附等温式吸附平衡朗繆尔（Langmuir）吸附等温式BET16一、吸附平衡吸附平衡

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；溶液中吸附质的浓度称为平衡浓度。式中V——溶液体积，LC0，Ce

——分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/LW——吸附剂量，g一、吸附平衡吸附平衡式中17二、吸附等温线在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。常见吸附等温式有Langmuir公式、Freundlich公式、BET公式三种。

二、吸附等温线在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f18Langmuir吸附等温式理论假设：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同吸附是单分子层的，平衡状态时，吸附和脱附速率相等由动力学方法推导出平衡吸附量qe与液相平衡浓度Ce的关系为：式中a——与最大吸附量有关的常数b——与吸附能有关的常数Langmuir吸附等温式理论假设：式中19Langmuir吸附等温式为方便计算，常将上式改为倒数式：根据吸附试验数据，按上式作图可求出a、b值。Langmuir吸附等温式为方便计算，常将上式改为倒数式：20Langmuir吸附等温式Langmuir吸附等温式21BET等温式BET等温式是表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的吸附模式，各层的吸附符合朗谬尔单分子吸附等温式。总吸附量等于各层吸附量之和，由此导出的BET等温式为：式中a，B——常数；CsCs——吸附质饱和浓度，mg/LCe——平衡浓度，mg/L。BET等温式BET等温式是表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的22BET等温式为计算方便，可将上式改为倒数式：

由吸附试验数据，按上式作图可求常数a、B。作图时需要知道饱和浓度Cs，如果知道准确的Cs值可以通过一次作图即可得出直线来，当Cs未知时需要通过假设不同的值多次才能得到直线。BET等温式为计算方便，可将上式改为倒数式：由23BET等温式BET等温式24Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：

式中K——Freundlich吸附系数，n——常数，通常大于1。

Ce——平衡浓度，mg/L。

一般认为，1／n值介于0.1～0.5之间时易于吸附，而＞2时难以

吸附。两边取对数，得：Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：25Freundlich等温式Freundlich等温式26应当指出：（1）上述吸附等温式，仅适用于单组分吸附体系；（2）对于一组吸附试验数据，究竟采用哪一公式整理，并求出相应的常数来，只能运用数学的方式来选择。通过作图选用能画出最好的直线的那一个公式，但也有可能出现几个公式都能应用的情况，此时宜选用形式最为简单的公式。应当指出：（1）上述吸附等温式，仅适用于单组分吸附体系；27主要内容影响吸附速率的过程1吸附速率公式2吸附影响因素3总结4主要内容影响吸附速率的过程1吸附速率公式2吸附影响因素3总结281影响吸附速率的过程吸附速率

膜扩散

孔隙扩散

内表面吸附

膜扩散:吸附质通过液相扩散到吸附剂的表面。

孔隙扩散:吸附质通过细孔向吸附内剂内部扩散

内表面吸附:吸附质在吸附剂内表面上的吸附1影响吸附速率的过程吸附速率膜扩散孔隙扩散内表面吸附29（三步过程）（三步过程）302吸附速率公式

①

N=kLa(c-ci)

N—扩散速率

kL—界膜传质系数

a—界膜面积

c—流体主体中吸附质的浓度

ci—吸附剂颗粒外表面中吸附质浓度

②N=ksa(qi-q)

ks—吸附质外表面至内表面的传质系数

qi—吸附量颗粒外表面的吸附量

q—颗粒的平均吸附量膜扩散速率公式孔隙扩散速率公式2吸附速率公式

31

3吸附的影响因素

吸附是溶剂，溶质和固体吸附剂三者间的作用。因此三者均会对吸附速率产生影响。3吸附的影响因素吸附是溶剂，溶质和固体吸32组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质

1吸附质的性质

3溶液的性质溶质分子的大小组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物33①溶质和溶剂之间的作用：溶质在水中的溶解度越大就不容易转向吸附剂界面而被吸附，反之亦然。活性炭甲酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸芳香烃化合物＞脂肪族化和物②溶质分子的大小：

膜扩散—吸附质分子质量，吸附量

孔隙扩散—吸附质分子质量，吸附量①溶质和溶剂之间的作用：溶质在水中的溶解度越大就不容易转向吸34③电离：简单的化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但随着化合物结构的复杂化，电离对吸附的影响较小。极性：不对称的有机物分子都带有极性，吸附过程服从极性相容原理。极性吸附剂容易从非极性溶液中吸附极性溶剂非极性吸附剂很难从极性吸附中的极性溶质③电离：简单的化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但35组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质溶质分子的大小1吸附质的的性质

3溶液的性质组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物36

吸附剂的性质

吸附量的多少会随着吸附剂表面积得的增大而增大，吸附剂的孔径，颗粒度等都会影响比表面积的大小，从而影响吸附性能。

吸附剂的性质37组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质溶质分子的大小

1吸附质的性质

3溶液的性质组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物38①pH：pH对吸附质在溶液中存在的形态（电离，络合）和溶解度均有影响，因而对吸附性能也产生影响。水中的有机物一般在低pH时，电离度较小。②温度：吸附反应时放热的，因此温度越低对吸附越有利，但是在水处理中，一般变化不大，因而温度的影响较小，可以忽略。③共存物质：其影响较复杂，有的可以相互诱发吸附，有的能独立的被吸附，有的则相互起干扰作用。①pH：pH对吸附质在溶液中存在的形态（电离，络合）和溶解度39

水溶液中有无机离子共存时对有机物的吸附几乎没有什么影响，当有汞，铬，铁等金属离子在活性炭表面发生氧化还原沉积时，会使活性炭的孔隙变窄，妨碍有机物的扩散。水溶液中有无机离子共存时对有机物的吸附几乎没404一句话总结吸附三过程吸附剂溶质分子作用力共存物质电离极性pH

多种因素通过吸附过程的三过程而影响吸附速率。4一句话总结吸附三过程吸附剂溶质分子作用力共存物质电离极性p41吸附剂指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应;制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。吸附剂指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。42

工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。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。工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛43常用的吸附剂主要有以下几种活性炭活性氧化铝硅胶和硅藻土沸石分子筛吸附树脂常用的吸附剂主要有以下几种44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、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）活性炭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45活性炭的种类粉末状活性炭：颗粒极细呈粉末状，是活性炭中吸附力最强的一类。颗粒状活性炭：由粉末状活性炭制成的颗粒，便于装柱使用。锦纶--活性炭：以锦纶为粘合剂，将粉末活性炭制成颗粒，可用来分离因前两种活性炭吸附力太强而不易洗脱的吸附物。活性炭的种类粉末状活性炭：颗粒极细呈粉末状，是活性炭中吸附力46活性炭（Activecarbon）活性炭（Activecarbon）47活性炭生产工艺活性炭生产工艺48活性氧化铝（Al2O3·nH2O）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α、γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8种。通常所说的“活性氧化铝”是指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化铝的混和物。活性氧化铝具有相当大的比表面积（200～400m2/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）活性氧化铝活性氧化铝（Al2O3·nH2O）是氢氧化铝胶体经加热脱水后49硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构，表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附力。主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类型的多孔硅胶，一般以SiO2.nH2O通式表示。硅胶的活性与含水量有关：含水量高则吸附力减弱。当游离水含量17%以上时，吸附能力极低，可作为分配色谱的载体。硅胶具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质，如有机酸、氨基酸、甾体等。（3）硅胶和硅藻土硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构，表面有许50吸附处理技术课件51

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。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52

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)y]·zH2O。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。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）沸石分子筛沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx53（a）A型（b）X型两种常用沸石分子筛的结构（a）A型（b）X54沸石分子筛的吸附作用有两个特点：表面上的路易斯中心极性很强；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，因此，沸石分子筛也可用于尺寸相近的物质的分离。沸石分子筛的吸附作用有两个特点：55

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56

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。

57吸附剂的物理性质主要包括孔容比表面积孔径与孔径分布孔隙率空隙率吸附剂的物理性质主要包括58孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示(cm3/g).孔容是吸附剂的有效体积，它是用饱和吸附量推算出来的值，也就是吸附剂能容纳吸附质的体积，所以孔容以大为好。吸附剂的孔体积（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附剂中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积，一般要比VP大。孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附59比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g。吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面，吸附剂外表面是很小的。比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g60孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不相同。直径在数埃（A0）至数十埃的孔称为细孔，直径在数百埃以上的孔称为粗孔。细孔愈多，则孔容愈大，比表面也大，有利于吸附质的吸附。粗孔的作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路，所以粗孔也应占有适当的比例。活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔是在制造过程中形成的。沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体，其中只有均匀的细孔，成型时才形成晶体与晶体之间的粗孔。孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。由此来表征吸附剂的孔特性。孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不61孔隙率（εk）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。

εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/dg=1-dl/dg空隙率（ε）：即吸附颗粒之间的空隙与整个吸附剂堆积体积之比。

ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl

孔隙率（εk）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。62

吸附剂都有着微孔结构和很大的比表面积。按纯粹化学和应用化学国际协会的定义：微孔<20Å；中孔为20~500Å；大孔>500Å(50nm)。工业吸附剂可以是球形、圆柱形、片状或粉末状，粒度范围从50μm至1.2cm，比表面积从300至1200m2/g。颗粒的孔隙度30–85%(vol)，平均孔径10–200Å。

吸附剂都有着微孔结构和很大的比表面积。按纯粹化学和应用化63一、混合接触式混合接触式吸附装置是一带有搅拌的吸附池（槽），污水和吸附剂投入池内进行搅拌，使其充分接触，然后静置沉淀，排除澄清液，或用压滤机等固液分离设备间歇地把吸附剂从液相中分离出来，此法多用于小型的处理和试验研究，因操作是间歇进行，所以生产上一般要用两个吸附池交替工作，吸附剂添加量为0.1%~0.2%。被处理液和吸附剂仅接触一次为单极吸附。被处理液也可多次和吸附剂接触，进行多级吸附。多级吸附有逆流和并流两种，并一、混合接触式混合接触式吸附装置是一带有搅拌的吸附池（槽），64

流吸附中被处理液在每次中都和新的吸附剂相接触，而逆流多级吸附，被处理液多次逆流和吸附剂接触。并流多级吸附：吸附剂吸附剂吸附剂↓↓↓溶液→1级→2级→3级→逆流多级吸附：溶液→1级→2级→3级→吸附剂溶液←1级←2级←3级←吸附剂流吸附中被处理液在每次中都和新的吸附剂相接触，而逆流多65二、固定床

固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。二、固定床固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固66涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。固定床是废水处理中常用的吸附装置。固定床根据水流方向又分为升流式(up-flow)和降流式(down-flow)两种。降流式出水水质较好，水头损失较大，易堵塞。升流式水头损失小，运行时间较长。不易堵塞，但吸附剂易流失。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通67吸附处理技术课件68吸附处理技术课件69分类：固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器(如图)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,分类：固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式70或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。③列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。71吸附处理技术课件72此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床73优缺点：固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。优缺点：固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有74固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业75吸附操作的分类按吸附操作过程中废水的流动状态，可把吸附操作分为静态吸附和动态吸附。静态吸附操作是废水在不流动的状态下进行的吸附操。即间歇式操作，有时需要进行多次。动态吸附操作是废水在流动条件下进行的吸附操作。从处理设备类型上可分为固定床、移动床、硫化床。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理中较少使用。吸附操作的分类按吸附操作过程中废水的流动状态，可把吸附操作分76移动床移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出，即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。按吸附剂排出的方式又分为间歇移动床和连续移动床。移动床移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行77移动床吸附塔构造示意图移动床吸附塔构造示意图78吸附处理技术课件79移动床优缺点移动床充分利用吸附剂的吸附容量，水流损失小。吸附剂在下降过程中，经历了冷却、降温、吸附、增浓、汽提-再生等阶段，在同一设备内完成了吸附、脱附（再生）过程；吸附剂的磨损和消耗是一个很大的管理问题，要求有耐磨能力强的吸附剂。移动床优缺点移动床充分利用吸附剂的吸附容量，水流损失小。80流化床流化床也叫做流动床。吸附剂在塔中处于膨胀状态，塔中吸附剂与废水逆向连续流动。流化床吸附器根据操作过程和吸附器的结构不同，分为单室(单段)和多室(多段)两种。它采用颗粒坚硬耐磨，物理化学性能良好的吸附剂。它的传质系数大，压力损失小，可用来脱除气体中的水分，回收溶剂和脱除微量有毒物质。流化床流化床也叫做流动床。吸附剂在塔中处于膨胀状态，塔中吸附81流化床吸附塔构造示意图流化床吸附塔构造示意图82吸附处理技术课件83流化床的优缺点可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗，设备小，生产能力大，预处理要求低。吸附剂需要在反应器外部再生,这样不仅设备的投资费用增加,而且工艺流程复杂。运转中操作要求高，不易控制，同时吸附剂的机械强度要求高。流化床的优缺点可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需84

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。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。由于吸附法对水的预处理要求高，吸附剂85一、吸附法除汞

汞在天然水中的浓度为0.03～2.8μg/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一、吸附法除汞汞在天然水中的浓度为086未经处理的含汞废水被排入当地供水系统

吸附处理技术课件87对含汞废水可能有很多种可供选择的处理方法。这些方法的有效性和经济性取决于汞在废水中的化学形态、初浓度、其他存在组分的性质和含量、处理深度等因素。常用的处理方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、混凝法以及将离子态汞还原为元素态后再过滤的方法。其中离子交换法、铁盐或铝盐混凝法和活性炭吸附法都可使废水中含汞量降到小于0.01mg/L水平；硫化法沉淀配以混凝法可使废水含汞量达到0.01～0.02mg/L水平；还原法一般只用于少量废水处理，最终流出液中含汞量可达到相当低的水平。

2.含汞废水治理方法对含汞废水可能有很多种可供选择的处理方法。这些方法的有效性和88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85％～99％，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。吸附法处理含汞废水最常用吸附89

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.吸附法除汞实例国内某厂处理含汞污水，工艺中采用静态吸附90静态吸附法处理含汞废水工艺流程

吸附处理技术课件91二、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1－10万吨，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.国内印染企业现状二、印染废水的深度处理我国单个企业规92

印染废水造成的太湖污染！！

吸附处理技术课件93生物方法:利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物化学方法：基于胶体化学理论，采用混凝手段物理方法：天然矿物质多孔材料吸附和膜分离技术2.印染废水处理方法生物方法:利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物2.印染废94

吸附法处理印染废水

在物理方法中吸附脱色用的最多，即利用多孔性的固体介质，将染料分子吸附在其表面，从而达到脱色的效果。吸附剂包括再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维和不可再生吸附剂如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废料(木炭、锯屑)等。这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过其颗粒状物质组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤而除去。吸附法处理印染废水在物理方法中吸95

潍坊第二印染厂排放的印染废水CDD达到600-1000mg/L,pH通常为7-10，要求处理后出水COD≤100mg/L、BOD5≤60mg/L、SS≤50mg/L、色度≤50倍、pH值为6-8，另外，厂房要将50%的处理水回用于生产，要求回用水的COD≤50mg/L、BOD5≤30mg/L，SS≤5mg/L，色度≤25倍。3.吸附法处理印染废水的应用实例潍坊第二印染厂排放的印染废水CDD达到696

其中生物炭池采用方形结构（分2格并联运行），尺寸为4m×4.5m×4m,炭层有效高度为1.5m,滤速为1.3m/h,采用气水联合反冲方式[反冲气强度为10L/(㎡·s),反冲水强度为10L/(㎡·s)]。印染废水处理流程印染废水处理流程97

该工程至今已运行12年，实践证明生物炭工艺对印染废水的COD、BOD5、SS和色度均有良好的去除，出水水质可满足工艺回用要求，尤其是对色度的去除效果是其他工艺无法比拟的。另外，只要每天坚持反冲洗，保证供气量充足且不间断，同时严格控制进水浓度（COD≤200mg/L），则炭的使用寿命可以大大延长。该厂除每年补充因反冲洗磨损造成的3%~5%炭量损失外，对原炭已连续使用12年，处理效果未见明显下降。该工程至今已运行12年，实践证明生物炭98工业有机废水的特点成分复杂浓度高毒性大色泽深难以生物降解

传统氧化、生化等破坏方法处理大量化工原料被分解破坏而流失处理成本高操作难度大不易达标排放工业成分复杂浓度高毒性大色泽深难以生物降解传统氧化、生化大99树脂吸附法

特别适合处理这些含有较高浓度、较高经济价值污染物的废水，同时实现废水中有毒有机物的高效率去除和回收，从而在实现污染物彻底治理的同时，实现了污染物的资源化。由此可见，在现有的各种工业废水处理方法中，该方法应该是一种最具有可持续发展战略前景的有机废水处理工艺。

树脂吸附法100净化后达标水有机废水工艺原理及流程

废水中的有毒有机物(溶质)通过吸附树脂(吸附剂)床层时，吸附剂和溶质分子之间产生了吸附力，溶质分子被吸附在吸附剂表面，从而使有毒有机废水得到净化。被吸附的溶质(有毒有机物)选用适当的方式即可完全洗脱，洗脱液一般可通过一定的方法实现污染物的资源化，洗脱后的树脂即可重复利用。未饱和吸附树脂饱和的吸附树脂有机废水得到净化有毒有机物得到回收洗脱液（含极高浓度有机物）洗脱溶剂未饱和吸附树脂进一步提取净化后达标水有机废水工艺原理及流程废水中的有毒有机物(溶质101实例1：2,3-酸生产废水治理与资源化

2,3-酸原废水——呈黄色含2－萘酚及2,3-酸700～1000mg/LCOD为2500～3000mg/L

树脂吸附处理萘系化合物含量<10mg/LCOD<100mg/L经中和即可达标排放

苏州林通染料化工有限公司采用上述工艺于1998年首先建成日处理150吨废水的工业装置并一直稳定运行，运行结果表明不仅可以使废水达标排放，同时可以从废水中回收有用的化工原料2－萘酚及产品2,3-酸，回收价值抵偿操作费用且有盈余。目前占国内80％以上的2,3-酸生产量的七家企业均已采用了该项技术，年回收2－萘酚等化工原料约2000吨，价值达3000－4000万元。

实例1：2,3-酸生产废水治理与资源化2,3-酸原废水—102实例2：三单体生产废水治理与资源化

三单体（间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠）因产品及其中间产物的水溶性大，生产过程中酸、碱和醇的使用，所以三单体生产废水中的盐和醇的量大导致了废水的COD高达16－18万mg/L。特种树脂

吸附处理每吨废水可回收35-45Kg的三单体同系物，同时回收中间体和甲醇，回收物价值远超出运行成本。吸附出水经处理可完全回用，实现了无废排放。

该项目已在山东海化集团天合化工有限公司实现工业化，该公司年产三单体3000吨，每年可回收1000吨有机中间体、1200吨甲醇和1800吨硫酸钠，企业年直接经济效益达1500万元。

实例2：三单体生产废水治理与资源化三单体（间苯二甲酸二甲103实例3：对氨基酚生产废水治理与资源化

对氨基苯酚（简称PAP）生产废水其COD约20000mg/L，pH值为5-6，含对氨基酚约3000mg/L及15－20％的氯化钠树脂吸附处理废水中的对氨基酚得到回收，出水经除氮后几乎为纯的氯化钠溶液，可进企业隔膜电解装置，直接作为氯碱工业的原料，以实现“零”排放江苏扬农化工集团有限公司于2000年建成该工艺的工业化装置，实践表明该技术可从每吨废水中回收3kg左右的对氨基酚和150－200kg氯化钠，具有显著的环境效益和经济效益。实例3：对氨基酚生产废水治理与资源化对氨基苯酚（简称PA104实例4：2－萘酚生产废水治理与资源化

生产1吨2－萘酚产生8吨2－萘酚母液废水其COD约40000－50000mg/L，同时含有β－萘磺酸7000－8000mg/L、一定量的α－萘磺酸和多磺酸萘以及大量无机盐选择性吸附树脂

择性地吸附、分离与回收β－萘磺酸，每吨废水的β－萘磺酸回收量可达到5公斤，吸附出水经深度处理可达标排放苏州林通染料化工有限公司成功应用该技术，具有显著的经济效益和环境效益。实例4：2－萘酚生产废水治理与资源化生产1吨2－萘酚产生105树脂吸附法处理有机废水的

部分工业装置的规模和效益统计

单位:万元吸附处理技术受到了国内外环保界的广泛关注，具有巨大应用前景。树脂吸附法处理有机废水的

部分工业装置的规模和效益统计单位106精品课件！精品课件！107精品课件！精品课件！108谢谢大家谢谢大家109吸附现象蔚蓝的大海木炭的吸附吸附现象蔚蓝的大海木炭的吸附110

一、概述

1、1吸附当气体或液体与某些固体接触时，气体或液体的分子会积聚在固体的表面上，这种现象称之为吸附。它可以被人认为是某些物质从气体混合物（或溶液）中凝聚到某表面上的一种物理化学现象。

一、概述

1、1吸附111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。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112吸附热流体分子从液体相被吸附到固体表面，其分子的自由焓降低，与吸附前相比，其分子的熵也降低了，按照热力学定律，自由焓变化(△H)、焓变化（△S）关系如下

△G=△H-T△S上式中△G、△S均为负值，故△H肯定为负值。可见它是一个放热的过程。吸附热流体分子从液体相被吸附到固体表面，其分子的自由焓降低，113所放出的热，成为该物质在此固体表面上得吸附热。原因：多孔性固体表面的分子或原子因受力不均匀而具有剩余的表面能，当流体中的某些物质碰撞到固体表面时，受到这些不平衡力懂得作用就会停留在固体表面上。吸附处理技术课件1141.2吸附机制

固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。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。1.2吸附机制固体表面分子(或原子)处于特殊的状态115吸附作用:

物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程吸附剂:

在表面上能发生吸附作用的固体吸附物:

被吸附的物质吸附作用:物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程1161、3吸附分类

物理吸附:吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附。特点是放热过程吸附物分子状态变化不大，需要的活化能很小，多数在较低温下进行。达吸附平衡时间非常短吸附过程可逆1、3吸附分类物理吸附:吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸117化学吸附：化学吸附是由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，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，不易解吸化学吸附：118

活性炭的制造

高温炭化活化,800~900℃木材、煤、果壳炭渣活性炭

隔绝空气，600℃活化剂：ZnCl2

蒸汽高温活化粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm

棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm

活性炭的制造119

2.活性炭的细孔构造和分布

1.比表面积每g活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：500~1700m2/g，99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。2.细孔构造·小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。2.活性炭的细孔构造和分布120

·过渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。·大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。

121二、吸附作用1、吸附规则

“相似相吸”。

2、离子选择吸附规则（规律）

固体吸附剂优先吸附与其组成相关的离子。3、离子交换吸附①离子浓度越大，则其交换能力便越强。②离子价数越高，则其交换能力越强。③同价离子的交换能力随其水化半径增

大而减弱。吸附处理技术课件122三、吸附类型化学吸附化学键力交换吸附静电引力物理吸附分子间力吸附剂表面特征靠吸附质离子与吸附剂表面带电点上的静电引力聚集在吸附剂表面，同时放出等当量的同号离子。三、吸附类型化学吸附化学键力交换吸附静电引力物理吸附分子间力123吸附等温线

在一定T下，q（吸附质浓度）随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。吸附等温线124吸附等温式吸附平衡吸附等温线朗繆尔（Langmuir）吸附等温式BET等温式弗罗因德利希（Freundlich）吸附等温式吸附等温式吸附平衡朗繆尔（Langmuir）吸附等温式BET125一、吸附平衡吸附平衡

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；溶液中吸附质的浓度称为平衡浓度。式中V——溶液体积，LC0，Ce

——分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/LW——吸附剂量，g一、吸附平衡吸附平衡式中126二、吸附等温线在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。常见吸附等温式有Langmuir公式、Freundlich公式、BET公式三种。

二、吸附等温线在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f127Langmuir吸附等温式理论假设：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同吸附是单分子层的，平衡状态时，吸附和脱附速率相等由动力学方法推导出平衡吸附量qe与液相平衡浓度Ce的关系为：式中a——与最大吸附量有关的常数b——与吸附能有关的常数Langmuir吸附等温式理论假设：式中128Langmuir吸附等温式为方便计算，常将上式改为倒数式：根据吸附试验数据，按上式作图可求出a、b值。Langmuir吸附等温式为方便计算，常将上式改为倒数式：129Langmuir吸附等温式Langmuir吸附等温式130BET等温式BET等温式是表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的吸附模式，各层的吸附符合朗谬尔单分子吸附等温式。总吸附量等于各层吸附量之和，由此导出的BET等温式为：式中a，B——常数；CsCs——吸附质饱和浓度，mg/LCe——平衡浓度，mg/L。BET等温式BET等温式是表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的131BET等温式为计算方便，可将上式改为倒数式：

由吸附试验数据，按上式作图可求常数a、B。作图时需要知道饱和浓度Cs，如果知道准确的Cs值可以通过一次作图即可得出直线来，当Cs未知时需要通过假设不同的值多次才能得到直线。BET等温式为计算方便，可将上式改为倒数式：由132BET等温式BET等温式133Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：

式中K——Freundlich吸附系数，n——常数，通常大于1。

Ce——平衡浓度，mg/L。

一般认为，1／n值介于0.1～0.5之间时易于吸附，而＞2时难以

吸附。两边取对数，得：Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：134Freundlich等温式Freundlich等温式135应当指出：（1）上述吸附等温式，仅适用于单组分吸附体系；（2）对于一组吸附试验数据，究竟采用哪一公式整理，并求出相应的常数来，只能运用数学的方式来选择。通过作图选用能画出最好的直线的那一个公式，但也有可能出现几个公式都能应用的情况，此时宜选用形式最为简单的公式。应当指出：（1）上述吸附等温式，仅适用于单组分吸附体系；136主要内容影响吸附速率的过程1吸附速率公式2吸附影响因素3总结4主要内容影响吸附速率的过程1吸附速率公式2吸附影响因素3总结1371影响吸附速率的过程吸附速率

膜扩散

孔隙扩散

内表面吸附

膜扩散:吸附质通过液相扩散到吸附剂的表面。

孔隙扩散:吸附质通过细孔向吸附内剂内部扩散

内表面吸附:吸附质在吸附剂内表面上的吸附1影响吸附速率的过程吸附速率膜扩散孔隙扩散内表面吸附138（三步过程）（三步过程）1392吸附速率公式

①

N=kLa(c-ci)

N—扩散速率

kL—界膜传质系数

a—界膜面积

c—流体主体中吸附质的浓度

ci—吸附剂颗粒外表面中吸附质浓度

②N=ksa(qi-q)

ks—吸附质外表面至内表面的传质系数

qi—吸附量颗粒外表面的吸附量

q—颗粒的平均吸附量膜扩散速率公式孔隙扩散速率公式2吸附速率公式

140

3吸附的影响因素

吸附是溶剂，溶质和固体吸附剂三者间的作用。因此三者均会对吸附速率产生影响。3吸附的影响因素吸附是溶剂，溶质和固体吸141组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质

1吸附质的性质

3溶液的性质溶质分子的大小组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物142①溶质和溶剂之间的作用：溶质在水中的溶解度越大就不容易转向吸附剂界面而被吸附，反之亦然。活性炭甲酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸芳香烃化合物＞脂肪族化和物②溶质分子的大小：

膜扩散—吸附质分子质量，吸附量

孔隙扩散—吸附质分子质量，吸附量①溶质和溶剂之间的作用：溶质在水中的溶解度越大就不容易转向吸143③电离：简单的化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但随着化合物结构的复杂化，电离对吸附的影响较小。极性：不对称的有机物分子都带有极性，吸附过程服从极性相容原理。极性吸附剂容易从非极性溶液中吸附极性溶剂非极性吸附剂很难从极性吸附中的极性溶质③电离：简单的化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但144组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质溶质分子的大小1吸附质的的性质

3溶液的性质组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物145

吸附剂的性质

吸附量的多少会随着吸附剂表面积得的增大而增大，吸附剂的孔径，颗粒度等都会影响比表面积的大小，从而影响吸附性能。

吸附剂的性质146组织结构

溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质溶质分子的大小

1吸附质的性质

3溶液的性质组织结构溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物147①pH：pH对吸附质在溶液中存在的形态（电离，络合）和溶解度均有影响，因而对吸附性能也产生影响。水中的有机物一般在低pH时，电离度较小。②温度：吸附反应时放热的，因此温度越低对吸附越有利，但是在水处理中，一般变化不大，因而温度的影响较小，可以忽略。③共存物质：其影响较复杂，有的可以相互诱发吸附，有的能独立的被吸附，有的则相互起干扰作用。①pH：pH对吸附质在溶液中存在的形态（电离，络合）和溶解度148

水溶液中有无机离子共存时对有机物的吸附几乎没有什么影响，当有汞，铬，铁等金属离子在活性炭表面发生氧化还原沉积时，会使活性炭的孔隙变窄，妨碍有机物的扩散。水溶液中有无机离子共存时对有机物的吸附几乎没1494一句话总结吸附三过程吸附剂溶质分子作用力共存物质电离极性pH

多种因素通过吸附过程的三过程而影响吸附速率。4一句话总结吸附三过程吸附剂溶质分子作用力共存物质电离极性p150吸附剂指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应;制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。吸附剂指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。151

工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。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。工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛152常用的吸附剂主要有以下几种活性炭活性氧化铝硅胶和硅藻土沸石分子筛吸附树脂常用的吸附剂主要有以下几种153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、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）活性炭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154活性炭的种类粉末状活性炭：颗粒极细呈粉末状，是活性炭中吸附力最强的一类。颗粒状活性炭：由粉末状活性炭制成的颗粒，便于装柱使用。锦纶--活性炭：以锦纶为粘合剂，将粉末活性炭制成颗粒，可用来分离因前两种活性炭吸附力太强而不易洗脱的吸附物。活性炭的种类粉末状活性炭：颗粒极细呈粉末状，是活性炭中吸附力155活性炭（Activecarbon）活性炭（Activecarbon）156活性炭生产工艺活性炭生产工艺157活性氧化铝（Al2O3·nH2O）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α、γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8种。通常所说的“活性氧化铝”是指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化铝的混和物。活性氧化铝具有相当大的比表面积（200～400m2/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）活性氧化铝活性氧化铝（Al2O3·nH2O）是氢氧化铝胶体经加热脱水后158硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构，表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附力。主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类型的多孔硅胶，一般以SiO2.nH2O通式表示。硅胶的活性与含水量有关：含水量高则吸附力减弱。当游离水含量17%以上时，吸附能力极低，可作为分配色谱的载体。硅胶具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质，如有机酸、氨基酸、甾体等。（3）硅胶和硅藻土硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构，表面有许159吸附处理技术课件160

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。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161

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)y]·zH2O。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。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）沸石分子筛沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx162（a）A型（b）X型两种常用沸石分子筛的结构（a）A型（b）X163沸石分子筛的吸附作用有两个特点：表面上的路易斯中心极性很强；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，因此，沸石分子筛也可用于尺寸相近的物质的分离。沸石分子筛的吸附作用有两个特点：164

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165

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。

166吸附剂的物理性质主要包括孔容比表面积孔径与孔径分布孔隙率空隙率吸附剂的物理性质主要包括167孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示(cm3/g).孔容是吸附剂的有效体积，它是用饱和吸附量推算出来的值，也就是吸附剂能容纳吸附质的体积，所以孔容以大为好。吸附剂的孔体积（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附剂中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积，一般要比VP大。孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附168比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g。吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面，吸附剂外表面是很小的。比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g169孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不相同。直径在数埃（A0）至数十埃的孔称为细孔，直径在数百埃以上的孔称为粗孔。细孔愈多，则孔容愈大，比表面也大，有利于吸附质的吸附。粗孔的作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路，所以粗孔也应占有适当的比例。活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔是在制造过程中形成的。沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体，其中只有均匀的细孔，成型时才形成晶体与晶体之间的粗孔。孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。由此来表征吸附剂的孔特性。孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不170孔隙率（εk）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。

εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/dg=1-dl/dg空隙率（ε）：即吸附颗粒之间的空隙与整个吸附剂堆积体积之比。

ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl

孔隙率（εk）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。171

吸附剂都有着微孔结构和很大的比表面积。按纯粹化学和应用化学国际协会的定义：微孔<20Å；中孔为20~500Å；大孔>500Å(50nm)。工业吸附剂可以是球形、圆柱形、片状或粉末状，粒度范围从50μm至1.2cm，比表面积从300至1200m2/g。颗粒的孔隙度30–85%(vol)，平均孔径10–200Å。

吸附剂都有着微孔结构和很大的比表面积。按纯粹化学和应用化172一、混合接触式混合接触式吸附装置是一带有搅拌的吸附池（槽），污水和吸附剂投入池内进行搅拌，使其充分接触，然后静置沉淀，排除澄清液，或用压滤机等固液分离设备间歇地把吸附剂从液相中分离出来，此法多用于小型的处理和试验研究，因操作是间歇进行，所以生产上一般要用两个吸附池交替工作，吸附剂添加量为0.1%~0.2%。被处理液和吸附剂仅接触一次为单极吸附。被处理液也可多次和吸附剂接触，进行多级吸附。多级吸附有逆流和并流两种，并一、混合接触式混合接触式吸附装置是一带有搅拌的吸附池（槽），173

流吸附中被处理液在每次中都和新的吸附剂相接触，而逆流多级吸附，被处理液多次逆流和吸附剂接触。并流多级吸附：