环境工程原理-第八章-吸附讲课讲稿.ppt

第八章
吸附第八章吸附第一节吸附分离操作的基本概念吸附是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上。
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、几种常用的吸附剂
二、吸附剂再生
三、吸附剂的性能要求
四、吸附剂选择的影响因素

一、几种重常见吸附剂
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：
(1)将超细活性炭微粒加入增稠剂后与纤维混纺制成单丝，或用热熔法将活性炭粘附于有机纤维或玻璃纤维上，也可以与纸浆混粘制成活性炭纸。
(2)以人造丝或合成纤维为原料，与制备活性炭一样经过炭化和活化两个阶段，加工成具有一定比