环境工程原理第09章吸附.ppt

第九章
吸附第九章吸附吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。
被吸附到固体表面的组分——称为吸附质
吸附吸附质的多孔固体——称为吸附剂
吸附质附着到吸附剂表面的过程——称为吸附
吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程——称为解吸
吸附过程发生在——“气－固”或“液－固”非均相界面吸附分离过程的适用范围：
吸附分离是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱的差别，即各组分在固相（吸附剂）与流体间分配不同的性质使混合物中难吸附与易吸附组分分离。
适宜的吸附剂对各组分的吸附可以有很高的选择性，故特别适用于用精馏、吸收等方法难以分离的混合物的分离，以及气体与液体中微量杂质的去除。
吸附操作条件比较容易实现。
吸附操作缺点，主要是理论尚不够完善成熟。按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附
物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力所引起的，也称为范德华吸附。
吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），可在低温下进行；
过程是可逆的，易解吸；
相对没有选择性，可吸附多种吸附质；
分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；
可形成单分子吸附层或多分子吸附层。化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大小。
如石灰吸附CO2→CaCO3
吸附热大，一般在较高温下进行；
具有选择性，单分子层吸附；
化学键力大时，吸附不可逆。⑴、化学吸附热与化学反应热相近，比物理吸附热大得多。如二氧化碳和氢在各种吸附剂上的化学吸附热为83740J／mol和62800J／mol，而这两种气体的物理吸附热约为25120J／mol和8374J／mol。
⑵、化学吸附有较高的选择性。如氯可以被钨或镍化学吸附。物理吸附则没有很高的选择性，它主要取决于气体或液体的物理性质及吸附剂的特性。
⑶、化学吸附时，温度对吸附速率的影响较显著，温度升高则吸附速率加快，因其是一个活化过程，故又称活化吸附。而物理吸附即使在低温下，吸附速率也可能较大，因它不属于活化吸附。
⑷、化学吸附总是单分子层或单原子层，而物理吸附则不同，低压时，一般是单分子层，但随着吸附质分压增大，吸附层可能转变成多分子层。化学吸附按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附
按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除
按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应二、吸附分离操作的应用化工领域：
产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液，吸附其中杂质，得到洁白的产品。
环境领域：
水：脱色脱臭，有害有机物的去除，金属离子，氮、磷
空气：脱湿，有害气体，脱臭给水处理
嗅、味的吸附净化；
微量污染物的吸附净化。
废水处理
典型有机污染物的吸附回收(酚、苯等)；
组合工艺的达标把关措施；炼油厂、印染厂废水的深度处理①常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大；
②对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；
③当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。
一、常用吸附剂的主要特性
二、几种常用的吸附剂

吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。
选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。
稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。
适当的物理特性
廉价易得二、重要吸附剂
活性炭、活性炭纤维；
吸附树脂；
特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛；
其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。（一）活性炭
活性炭是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原料加工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。
炭化：把原料热解成炭渣，温度：200－600度
活化：形成发达的细孔。两种办法:
气体法：通入水蒸气，温度在800－1000度；
药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等
比表面积：500－1700m2/g比表面积越大，吸附量越大：但应注意对一些大分子，微孔所提供的比表面积基本上不起作用。
活性炭细孔分布情况：
微孔：<2nm，占总比表面95％：主要支配吸附量
过渡孔：2-100nm，<5％：起通道和吸附作用
大孔：100-10000nm，不足1％：主要起通道作用，影响吸附速度。活性炭的优点：是吸附容量大，抗酸耐碱、化学稳定性好，解吸容易，在高温下进行解吸再生时其晶体结构不发生变化，热稳定性高，经多次吸附和解吸操作，仍能保持原有的吸附性能。
活性炭常用于溶剂回收，溶液脱色、除臭、净制等过程。是当前应用最普遍的吸附剂。（二）活性炭纤维
活性炭纤维吸附能力比一般活性炭要高1～10倍。
活性炭纤维分为两种：