分离过程吸附概述.pptx

一、吸附现象及吸附分离二、吸附的应用三、吸附过程的特点四、分类比较五、吸附剂六、吸附剂的再生5.1概述流体分子从流体相被吸附到固体表面，其分子的自由焓降低，与未吸附前相比，其分子的熵也降低了。按照热力学定律，自由焓变化(ΔG)、焓变化(ΔH)及熵变化(ΔS)关系如下:ΔG=ΔH-TΔS上式中ΔG、ΔS均为负值。故ΔH肯定为负值。因此，吸附过程必然是个放热过程。所放出的热，称为该物质在此固体表面上的吸附热。5.1.2吸附的应用5.1.3吸附过程的特点根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。5.1.5吸附剂（制造困难，理论缺乏）5.1.6吸附剂的再生5.2吸附理论五种类型的物理吸附等温线I类吸附出现饱和值。这种吸附相当于在吸附剂表面上形成单分子层吸附，接近Langmuir型吸附等温线。常适用于处理临界温度以上的气体。II类其特点是不出现饱和值，随对比压力增加，平衡吸附量急剧上升，曲线上凸，属于多分子层物理吸附。气体的温度低于临界温度，压力也较低，接近于饱和蒸汽压。IV类能形成有限的多层吸附。开始吸附量随着气体中组分分压的增加迅速增大，曲线凸起，吸附剂表面形成易于移动的单分子层吸附；而后一段凸起的曲线表示由于吸附剂表面建立了类似液膜层的多层分子吸附；两线段间的突变，说明有毛细孔的凝结现象。V类曲线一开始就下凹，吸附质较难被吸附，吸附量随气体中组分浓度增加而缓慢上升，当接近饱和压力时，曲线趋于饱和，形成多层吸附，有滞后效应。5.2吸附理论平衡时：在低压时，bp项比1小得多，即1+bp≈1,因Vm、b均为常数，所以吸附量V与p成正比。在高压时，bp项比1大得多，因此分母中1+bp≈bp,使V≈Vm，所以增加压力，吸附量基本不变，表明吸附剂表面已被单分子层的吸附质所覆盖，不再有吸附能力了。至于中压范围，仍保持曲线形式。因此上页图中的第Ⅰ种类型曲线也称朗格谬尔型吸附等温线。2、BET方程p——平衡压力；V——在p压力下的吸附量；C——与吸附热有关的常数；Vm——第一层全部覆盖满时所吸附的量；p0——实验温度下的饱和蒸气压。当单分子层吸附时n=1，上式可简化为朗格谬尔方程式；当n=∞时，即吸附层数是无限的，则即为上式。显然BET方程比朗格谬尔方程适用范围更宽些，把吸附理论向前发展了一步。一般认为二常数方程适用于相对压力(p/p0)约为0.05～0.35之间。BET方程可适用于五种类型等温线中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种，但仍不能适用于Ⅳ和Ⅴ类型。该理论的不足之处是没有考虑表面的不均匀性，同一层上吸附分子之间的相互作用力，以及压力很高时多孔性吸附剂因吸附多分子层而使孔径变细后可能发生的毛细管凝聚作用等因素。3、毛细管现象上式表明，液体的饱和蒸气压与其液面的曲率半径(r)有关，微小液滴的曲率半径为正值，故其饱和蒸气压Pr恒大于平面液体的饱和蒸气压p0。如果液体能在固体毛细管的表面上很好润湿，则毛细管内液面应是凹面，故与液滴相反，这种液面的曲率半径应为负值。因此，在毛细管内液体的饱和蒸气压Pr将恒低于平面液体的饱和蒸气压p0，所以对平面液体尚未达到饱和的蒸气，而对毛细管内呈凹面的液体可能已达到饱和。对于给定的蒸气压P1，可从上式算出使蒸气开始凝结的毛细管半径r1。显然，凡是半径小于r1的微孔，此时蒸气都可在其中凝结。当蒸气压逐渐增加，较大的微孔也将先后被填满，吸附量将随压力增加而迅速增加，这就是类型Ⅱ的曲线在p/p0达0.4以上时曲线向上弯曲的原因。当毛细管半径大于cm时，其蒸气压与平面蒸气压差别很小，这样的毛细管中不会出现毛细管凝结现象。而当毛细管的直径与分子大小相近时，同样也不会有毛细管凝结现象。因为此时将不会形成弯曲的液面。4、吸附滞留现象图II吸附滞留现象5.2.1吸附平衡5.2.1.1单组分气体的吸附5.2.1.2双组分气体的吸附1.只有一个组分显著的被吸附2.两组分都被吸附5.2.1.3液固吸附平衡5.2.2吸附速率二、双组分气体的吸附2、两组分都被吸附，被吸附的程度相差不大（1）三角相图(重量分率)例：氧和氮在活性炭上吸附如下图示(恒温恒压条件下)：讨论：（1）若RE线延长不过C点为了方便:将三角相图改为直角坐标图（3）压力对吸附的影响：（4）双组分气体吸附等温方程：三、液固吸附平衡三、液固吸附平衡稀溶液的吸附等温线，在浓度范围较小时，可用弗朗德利希方程式表示：把实验测得的C*和C0值代入可求得k和n，或以溶质的平衡浓度为纵坐标，以表观吸附量为横坐标，在双对数坐标上标绘，可得斜率为n，截距为k的直线。k随单位不同而异，但n对稀溶液来说则是不变的。下图中的(a)、(b)两线表示不同溶剂对等温线的影响，(c)线则表明在高浓度和浓度范围较大时将不为直线，可能此时溶剂被吸附的比率增大。所以应注意弗朗德利希公式