吸附法凈化氣態(tài)污染物

1、污染控制化學(xué)王曉紅3.1 概述3.2 吸附劑3.3 吸附理論 吸附法凈化氣態(tài)污染物3.1 概述概述（1）吸附的概念）吸附的概念 吸附吸附(Adsorption) :由于固體表面上存在著分子引力或化學(xué)鍵力，能吸附分子并使其濃集在固體表面上的現(xiàn)象。 吸附劑吸附劑(Adsorbent)：具有吸附作用的固體物質(zhì)。 吸附質(zhì)吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)。 3.1 概述 物理吸附物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是范德華力（或靜電引力） 。 特點特點：吸附劑和吸附質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；吸附過程進(jìn)行較快，參與吸附的各相之間迅速達(dá)到平衡；物理吸附是一種放熱過程，其吸附熱較小，相當(dāng)于被吸附氣體的液化熱或升華熱，一般為2

2、0kJ/mol左右；吸附過程可逆，無選擇性。 3.1 概述 化學(xué)吸附化學(xué)吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是化學(xué)鍵 。 特點：特點：吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成一種化合物；化學(xué)吸附過程一般進(jìn)行緩慢，需要很長時間才能達(dá)到平衡；化學(xué)吸附也是放熱過程，但吸附熱比物理吸附熱大得多，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在84417kJ/mol；具有選擇性，常常是不可逆的。3.1 概述主要特征物理吸附化學(xué)吸附吸附力分子間力化學(xué)鍵力選擇性不明顯很明顯吸附熱近于液化熱近于反應(yīng)熱吸附速度快且易平衡慢且不易平衡吸附層單分子或多分子單分子物理吸附與化學(xué)吸附對比（2）吸附過程）吸附過程外擴(kuò)散外擴(kuò)散：吸附劑外圍空

3、間的氣體吸附質(zhì)分子穿過氣膜，擴(kuò)散到吸附劑表面的過程 內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑微孔中并擴(kuò)散到內(nèi)表面的過程。 吸附吸附：經(jīng)過外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散到達(dá)吸附劑內(nèi)表面的吸附質(zhì)分子被吸附在內(nèi)表面的過程。 脫附脫附：部分被吸附的分子離開吸附劑的內(nèi)表面和外表面，進(jìn)入氣膜層，并反擴(kuò)散到氣相主體中的過程。 3.1 概述3.1 概述（3）影響吸附的因素）影響吸附的因素 操作條件的影響溫度、壓力、流速物理吸附：在低溫下對吸附有利；化學(xué)吸附：提高溫度對吸附有利。從理論上講，增加壓力對吸附有利，但壓力過高不僅增加能耗，而且在操作方面需要更高的要求，在實際工作中一般不提倡。當(dāng)流速過大時，氣體分子與吸附劑接觸時間短，對吸

4、附不利。若流速過小，處理氣體的量相應(yīng)變小，又會使設(shè)備增大。3.1 概述吸附劑性質(zhì)的影響 吸附質(zhì)的總量隨吸附劑表面積的增加而增加。吸附劑的孔隙率、孔徑、顆粒度等均影響比表面積的大小。 吸附質(zhì)性質(zhì)的影響 除吸附質(zhì)分子的臨界直徑外，吸附質(zhì)的分子量、沸點和飽和性等也對吸附量有影響。吸附質(zhì)濃度的影響 吸附質(zhì)濃度越高，吸附量越大。3.1 概述（4）吸附法的特點）吸附法的特點 吸附法凈化氣態(tài)污染物的優(yōu)點： 凈化效率高； 能回收有用組分； 設(shè)備簡單，流程短，易于實現(xiàn)自動控制； 無腐蝕性，不會造成二次污染。 可以使用吸附法凈化的氣態(tài)污染物有：低濃度的SO2煙氣、NOx、H2S、含氟廢氣、酸霧、含鉛及含汞廢氣、惡

5、臭、瀝青煙及碳?xì)浠衔锏取?3.1 概述（1）吸附劑的種類和性質(zhì) 活性炭 活性炭是一種具有非極性表面、疏水性和親有機(jī)物的吸附劑，常常被用來吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑（如苯、甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛等），還可以用來分離某些烴類氣體，以及用來脫臭等?；钚蕴康闹饕秉c是具有可燃性，使用溫度一般不超過200。 3.2 吸附劑 炭分子篩是最新發(fā)展的一種孔徑均一的新品種，具有良好的選擇性。 活性炭纖維是一種新型的高效吸附劑，它是用超細(xì)的活性炭微粒與各種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成各種不同類型的纖維狀活性炭。微孔范圍在0.51.4nm，比表面積大，有較大的吸附量和較快的吸附速率。主要用于吸附各種無機(jī)和有

6、機(jī)氣體、水溶性的有機(jī)物、重金屬離子等，特別對一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?；钚蕴恳叱?0倍。 3.2吸附劑活性氧化鋁 活性氧化鋁是由氧化鋁的水合物加熱脫水而形成的多孔物質(zhì)，其晶格構(gòu)型分為型、型和中間型，其中起吸附作用的主要是型?；钚匝趸X吸附極性分子，無毒，機(jī)械強(qiáng)度大，不易膨脹，比表面積大，宜在200250下再生，常用于石油氣的脫硫及含氟廢氣的凈化。 3.2吸附劑硅膠 硅膠是用硅酸鈉與酸反應(yīng)生成硅酸凝膠（SiO2nH2O），然后在115130下烘干、破碎、篩分而制成各種粒度的產(chǎn)品。硅膠具有很好的親水性，當(dāng)用硅膠吸附氣體中的水分時，能放出大量的熱，使硅膠容易破碎，但吸附量很大，可達(dá)自身重量的50。

7、在工業(yè)上主要用于氣體的干燥和從廢氣中回收烴類氣體，也可用作催化劑的載體。 3.2吸附劑（2）吸附劑的選擇 對吸附劑的基本要求： 大的比表面積和孔隙率； 良好的選擇性； 易于再生 機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好； 原料來源廣泛，價格低廉。 3.2吸附劑3.2吸附劑活性炭上易于再生的物質(zhì)苯、甲苯、混合二甲苯、氯苯；甲醇、乙醇、丁純、異丙醇；酮類、脂肪烴、芳香烴；乙酸乙脂、乙酸丁脂、乙酸戊脂；二硫化碳、四氯化碳、四氫呋喃、汽油等活性炭上難以再生的物質(zhì)丙烯酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸異丁脂、丁酸、二丁胺、二乙撐三胺、甲基乙基吡啶（3）吸附劑的再生 升溫再生 降壓再生 吹掃再生 置換再生 化

8、學(xué)再生 3.2吸附劑(a)吸附吸附(b)解吸解吸吸附平衡吸附平衡 吸附過程是一種可逆過程，在吸附質(zhì)被吸附的同時，部分已被吸附的物質(zhì)由于分子的熱運動而脫離固體表面回到氣相中去。當(dāng)吸附速度與脫附速度相等時，就達(dá)到了吸附平衡。 吸附量：指在一定條件下單位質(zhì)量吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，用kg吸附質(zhì)吸附質(zhì)/kg吸附劑吸附劑來表示，也可以用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。它是衡量吸附劑吸附能力的重要物理量，因此在工業(yè)上被稱為吸附劑的活性吸附劑的活性。 3.3 吸附理論吸附理論 靜活性靜活性(靜態(tài)吸附量) 在一定溫度下，與氣相中吸附質(zhì)的初始濃度達(dá)平衡的最大吸附量。 動活性動活性 氣體通過吸附層時，隨著床層吸附劑的逐漸接近

9、飽和，吸附質(zhì)最終不能全部被吸附，當(dāng)流出氣體中出現(xiàn)吸附質(zhì)時，即認(rèn)為此時吸附劑已失效，這樣計算出來的單位吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量稱為動活性。 動活性永遠(yuǎn)小于靜活性。在多數(shù)情況下不允許吸附質(zhì)逸出吸附床層，因此在計算吸附劑用量時，要按動活性來計算。3.3 吸附理論吸附理論吸附等溫線吸附等溫線（1）郎格繆爾（）郎格繆爾（Langmuir）吸附等溫式）吸附等溫式四個基本假設(shè)：吸附是單分子層的；固體表面是均勻的，固體表面上各個晶體位置的吸附能力是相同的，每個位置上只能吸附一個分子；被吸附在固體表面上的分子相互之間沒有作用力；吸附平衡是動態(tài)平衡。3.3 吸附理論吸附理論3.3 吸附理論吸附理論Addkr)1

10、(AAaaPkr 假設(shè)A為任一瞬間固體表面被分子覆蓋的表面，稱為覆蓋率；未被覆蓋部分的分率為（1-A）。 在一定條件下，吸附速率ra與固體表面未覆蓋部分的分率（1-A）和吸附質(zhì)的分壓PA成正比，以ka和kd分別代表吸附與解吸的速率常數(shù)。吸附速率方程為：解吸速率為：3.3 吸附理論吸附理論 ) -(1PAdAAkkaAAAkPkP1達(dá)到吸附平衡時，兩個速率應(yīng)相等，ra=rd 朗格繆爾吸附等溫方程式：它是溫度的函數(shù)，表征了固體表面對氣體組分A吸附能力的強(qiáng)弱程度，因而它是一個吸附的特征值。3.3 吸附理論吸附理論（2）Freundlich 吸附等溫式napmxq1pnamxqlg1lglglgq單位吸附劑在吸附平衡時的飽和吸附量，kg/kg或m3/kg；x被吸附組分的量，m3或kg；m吸附劑的量，kg；p被吸附組分的濃度或分壓；a, n經(jīng)驗常數(shù)，由實驗確定。常用于低濃度氣體的吸附。3.3 吸附理論吸附理論（3）B.E.T多分子層吸附四個基本假設(shè)：第一層是吸附質(zhì)分子和吸附劑表面直接借助吸附力而結(jié)合在表面上。第二層以上的吸附熱等于吸附質(zhì)汽化熱或