吸附分离技术.pptx

本讲主要内容吸附分离是一门古老的技术吸附分离技术的关键：开拓更好的吸附剂创造能耗更低的吸附分离技术1.1吸附的定义吸附与离子交换：1.2吸附的分类吸附性能1.3常用吸附剂按化学结构分类常用分子筛孔径及组成沸石的合成(2)硅胶沉淀法制造硅胶的工艺流程示意图(3)活性氧化铝2、炭质吸附剂活性炭纤维(ACF)是另一类强度较好的炭质材料，是继粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)之后的第三代活性炭产品，其前驱体是炭纤维，是由有机纤维通过适当的炭化、活化工艺制备而成的。炭化树脂采用球状高分子树脂炭化可以制得，吸附性能与活性炭类似，但强度与耐磨性大为提高。以适应连续式工艺和自动化工艺对活性炭强度的要求。炭化树脂与活性炭纤维的缺点是成本较高，只能用于高附加值产业。(1)活性炭活性炭的制备(2)炭化树脂(3)活性炭纤维(ACF)1）与传统的活性炭相比，ACF的细孔结构不同，其微孔结构丰富且孔径分布集中(1-2nm)，微孔体积占总孔体积的90%左右，没有过渡孔和大孔，而活性炭的孔径分布范围广，从微孔到大孔都有；ACF的比表面积较大，一般都在1000m2/g以上，甚至可达3000m2/g，从而具有更大的吸附容量；2）与传统的活性炭相比，ACF的纳米微孔直接开口于纤维表面，有效吸附孔的数目多，吸附质分子很容易达到微孔的活性中心上，因此ACF吸附行程短，吸附和再生的速度快，可在较温和条件下再生，而活性炭的细孔由大孔（控制扩散速率）、中孔和微孔组成，吸附质扩散路径长、时间长，速率慢，因而ACF具有比活性炭大的吸附动力系数，吸附速率较活性炭高2-3个数量级，再生容易且再生效率高，使用寿命长，是一种新型高效吸附剂。3）ACF的化学组成与活性炭有差别，不同原料或相同原料但不同方法制得的ACF，其表面有不同的官能团，如胺基、亚胺基及磺酸基等，对某些吸附质具有特殊的吸附能力和氧化还原及催化特性。因为ACF具有电性能，可利用ACF的导电性，将其作为电极，通过电杀菌作用解决细菌繁殖问题。影响炭材料吸附的主要因素是孔隙结构和化学结构。吸附质分子尺寸与ACF细孔直径的关系决定着对吸附质的吸附效果。ACF在水处理应用中存在的主要问题是：因其细孔直径多集中在微孔段，对水中的大分子物质的吸附量很小。如ACF对小分子苯酚的吸附效果较好，但大分子腐殖质几乎没有吸附效果。鉴于此，可采用改性的中孔ACF或将ACF与其他工艺组合。3、吸附树脂（高分子吸附剂）macroreticularresin;macroporousadsorbent;polymericadsorbent吸附树脂和离子交换树脂都是具有多孔性海绵状立体网状结构的小颗粒，在整个颗粒内部及外部都具有表面活性，不溶于一般的酸、碱和溶剂，为不溶不熔的热固性物质，可在150℃以下使用，它们都能与外界物质进行可逆的吸附－解吸或离子交换而达到化学平衡。吸附树脂一般不含有能简单地按化学计量精确计算的化学功能基团，而主要的是以范德华力为基础的分子间吸附，在吸附性能上与活性炭相似，大都可以定量地解吸，重复使用，比活性炭容易再生。（1）吸附树脂的分类（2）树脂吸附剂的发展历程1962年，美国Rohm&Haas公司率先生产了以苯乙烯和二乙烯苯为母体大孔共聚物的六种Amberlyst大孔离子交换树脂；1963年，又开发系列AmberliteMR型阴离子交换树脂；1966年，首次正式开始了以交联聚苯乙烯和聚丙烯酸酯为基础的AmberliteXAD系列大孔吸附树脂，至此经久不衰；60年代末，日本三菱化成公司也开发生产了DiaionHP系列大孔吸附树脂；我国自1974年开始研究，国内目前品牌很多。(3)一些代表性的吸附树脂（4）树脂吸附剂的特点（5）吸附树脂合成结构设计是指吸附树脂的骨架组成及空间排列（孔结构）两个方面。骨架主要取决于单体和交联剂，其中交联度是大孔型树脂结构设计中的重要参数。它和致孔剂及聚合处理条件决定了树脂的空间结构，是吸附树脂性能的基础。A、大孔吸附树脂合成(悬浮聚合)B、超高交联吸附树脂(后交联法)1.4吸附剂的性能要求吸附剂性能测试二、吸附的基本理论2.1吸附等温线2.2吸附的热力学参数在化学中，可以把熵看作体系的混乱度，任何作用的进行都要求混乱度的增加。有机物不完全溶解于水，在水中可以说是熵的减少，在遇到吸附树脂时，由于树脂对有机物分子结合力较大，有机分子就冲破水分子的包围，体系的混乱性增大，也就是熵增加。吸附作用能自动进行，而熵的增加成为吸附进行的推动力。当有机物分子量增大，在水中溶解度减小时，熵的增加就越大，也就越容易被树脂吸附。如果有机物完全溶解于水里，遇到吸附树脂时也没有熵的增加，吸附就不能进行。如果树脂上原来吸附了有机物质，在遇到能完全溶解这种有机分子的溶剂时，吸附质也要跑到溶剂里，从而发生解吸（脱附），所以，