7吸附分離技術(shù)

1、吸附分離技術(shù)吸附分離技術(shù)和理論和理論內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：定義：液相(氣相)固相應(yīng)用：吸附劑吸附劑吸附質(zhì)吸附質(zhì)脫附：吸附的逆過程脫附：吸附的逆過程step1step2step3step4常用于從常用于從稀溶液稀溶液中將溶質(zhì)分中將溶質(zhì)分離出來，由于受固體吸附劑離出來，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較??；的限制，處理能力較??；對(duì)溶質(zhì)的作用較小對(duì)溶質(zhì)的作用較小，這一點(diǎn)，這一點(diǎn)在蛋白質(zhì)分離中特別重要；在蛋白質(zhì)分離中特別重要；可可直接從發(fā)酵液中分離所需直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物的產(chǎn)物，成為發(fā)酵與分離的，成為發(fā)酵與分離的耦合過程，從而可消除某些耦合過程，從而可消除某些產(chǎn)物對(duì)微生物的抑制作用；產(chǎn)物對(duì)微生物

2、的抑制作用；溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關(guān)系通常是非用及吸附平衡關(guān)系通常是非線性關(guān)系，故線性關(guān)系，故設(shè)計(jì)比較復(fù)雜設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)的，實(shí)驗(yàn)的工作量較大工作量較大。吸附法的特點(diǎn)吸附法的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)溶劑摻入少有機(jī)溶劑摻入少 操作簡便，安全，設(shè)備簡單操作簡便，安全，設(shè)備簡單 phph變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：選擇性差選擇性差收率低收率低無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定不能連續(xù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大不能連續(xù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大碳粉等吸附劑有粉塵污染碳粉等吸附劑有粉塵污染吸附機(jī)理固體的表面性質(zhì)固體表面分子（或原子）所處的狀態(tài)與固體

3、內(nèi)部分子（或原子）所處的狀態(tài)不同界面固體表面分子(或原子)處于特殊的狀態(tài)。固體內(nèi)部分子所受的力是對(duì)稱的，故彼此處于平衡。但在界面分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力，它能從外界吸附分子、原子、或離子，并在吸附表面上形成多分子層或單分子層。吸附類型與特性1.物理吸附2.化學(xué)吸附3.離子交換吸附 實(shí)際過程中物理和化學(xué)吸附是主要的，比較如下吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附作用力作用力分子引力（范德華力）分子引力（范德華力）剩余化學(xué)鍵力剩余化學(xué)鍵力選擇性選擇性沒有選擇性沒有選擇性有選擇性有選擇性吸附層吸附層單分子或多分子吸附層單分子或多分子吸附層只能形成單分子吸附層只能形成單分

4、子吸附層吸附熱吸附熱較小，較小， 41.9kj/mol41.9kj/mol較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，83.7-83.7-418.7kj/mol418.7kj/mol吸附速度吸附速度快，幾乎不要活化能快，幾乎不要活化能較慢，需要活化能較慢，需要活化能溫度溫度放熱過程，低溫有利于吸附放熱過程，低溫有利于吸附溫度升高，吸附速度增加溫度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆，較易解析可逆，較易解析化學(xué)鍵大時(shí)，吸附不可逆化學(xué)鍵大時(shí)，吸附不可逆多孔型多孔型：活性炭、硅膠、活性炭、硅膠、硅藻土；大網(wǎng)格吸附硅藻土；大網(wǎng)格吸附劑：有機(jī)高分子材料，劑：有機(jī)高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。如聚苯乙烯

5、，聚酯。凝膠型凝膠型：纖維素凝膠，纖維素凝膠，瓊脂糖凝膠，匍聚糖瓊脂糖凝膠，匍聚糖凝膠等。凝膠等。 粒狀碳成品粉狀碳成品活化洗滌捏合成型炭化炭化 破碎、造粒原料干燥篩分制造過程示意圖制造過程示意圖活化：把碳渣造成發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu) 主要有兩種方法：（1）氣體法； （2）藥劑法。 一般來說，吸附量主要受小孔支配，但對(duì)于分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。 所以，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔徑分布來選擇合適的活性炭。1）組成結(jié)構(gòu)：由木屑、果殼、獸骨、獸血或煤屑等原料高溫（800）碳化而成的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)活性炭2）種類：粉末活性炭、顆?；钚蕴俊㈠\綸活性炭 吸附能力為粉末

6、活性炭顆?；钚蕴垮\綸活性炭 活性炭纖維活性炭纖維是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，可做成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等?；钚岳w維的可做成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等?；钚岳w維的外表面積外表面積比顆?；钚蕴看?，比顆?；钚蕴看?，吸附和解吸速度吸附和解吸速度比顆粒狀活性炭大，且阻力小，比顆粒狀活性炭大，且阻力小，容易使氣體或液體透過，近年來作為活性炭新品種正在推廣應(yīng)用。容易使氣體或液體透過，近年來作為活性炭新品種正在推廣應(yīng)用。 球形炭化樹脂球形炭化樹脂是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化、高是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化、高溫裂解及活化制

7、成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹溫裂解及活化制成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹脂不易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸脂不易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸，氣體和液體通過球形吸附劑床層時(shí)的阻力小。通過控制聚合條件，氣體和液體通過球形吸附劑床層時(shí)的阻力小。通過控制聚合條件，改變?cè)吓浔鹊仁侄慰傻玫讲煌捉Y(jié)構(gòu)和不同性能的炭化樹脂。，改變?cè)吓浔鹊仁侄慰傻玫讲煌捉Y(jié)構(gòu)和不同性能的炭化樹脂。 炭分子篩（炭分子篩（cmscms）較活性炭具有更小的孔徑（較活性炭具有更小的孔徑（2 21010）和更）和更窄的孔徑分布窄的孔徑分布，可用于分離更小

8、的氣體分子，如從空氣中分離，可用于分離更小的氣體分子，如從空氣中分離n n2 2。吸附過程的影響因素1. 吸附劑的特性（組成結(jié)構(gòu)、容量、穩(wěn)定性 ）2. 吸附物的性質(zhì)（熔點(diǎn)、締合、離解、氫鍵等）3. 溶劑（單、混合）4.吸附操作條件1）溫度2）ph值3）鹽的濃度吸附劑的性能表征吸附劑的性能表征v化學(xué)成分化學(xué)成分v材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)v比表面積比表面積：單位質(zhì)量物體所具有的表面積：單位質(zhì)量物體所具有的表面積(m(m2 2/g) /g) 測量方法：測量方法：betbet法法 一般采用b.e.t(brunueer-emmett-teller)法：在液氮溫度下(-196c)，用吸附劑吸附氮?dú)?，在吸附劑表面?/p>

9、成單分子吸附層，測定氮?dú)獾奈襟w積vm(cm3/g)，計(jì)算比表面積a(cm2/g): n-阿弗加德羅常數(shù)， s-被吸附分子的橫截面積，在-196 氮?dú)夥肿拥膕 = 1.6210-15 cm2。v平均平均孔徑孔徑、及其分布，孔隙率、及其分布，孔隙率 測量方法：測量方法：常用測定方法有常用測定方法有壓汞法壓汞法和和氮?dú)饨馕ǖ獨(dú)饨馕?壓汞法適用于測定大孔徑（壓汞法適用于測定大孔徑（100100）吸附劑的孔徑分布；）吸附劑的孔徑分布； 氮?dú)饨馕ㄟm用于孔徑為氮?dú)饨馕ㄟm用于孔徑為1515250250范圍內(nèi)的孔徑分布范圍內(nèi)的孔徑分布； 孔徑孔徑1515時(shí)，可用分子篩法測定時(shí)，可用分子篩法測定壓汞法壓

10、汞法吸附劑的孔徑及分布可采用水銀壓入法，利用汞孔度計(jì)測定。當(dāng)壓力升高時(shí)，水銀可進(jìn)入到細(xì)孔中，壓力p與孔徑d的關(guān)系為 -水銀的表面張力(0.48n/m2)， -水銀與細(xì)孔壁的接觸角(=140) 通過測定水銀體積與壓力之間的關(guān)系即可求出孔徑的分布情況。性能評(píng)價(jià)性能評(píng)價(jià)a 交 換 容 量交 換 容 量 ( e x c h a n g e capacity) 指單位質(zhì)量的干燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)(mmol)，是表征交換劑離子交換能力的主要參數(shù)。b 交換容量的測定交換容量的測定對(duì)于陽離子交換劑：對(duì)于陽離子交換劑：用hcl將其處理成氫型，稱重并測定其含水量；稱數(shù)克

11、交換劑，加入到過量已知濃度的naoh溶液，發(fā)生交換反應(yīng)n待反應(yīng)達(dá)到平衡后待反應(yīng)達(dá)到平衡后(強(qiáng)酸性的強(qiáng)酸性的需要靜置需要靜置24h，弱酸性的需靜置數(shù)，弱酸性的需靜置數(shù)日日)，測定剩余的，測定剩余的naoh摩爾數(shù)，摩爾數(shù)，就可求得陽離子交換劑的交換容就可求得陽離子交換劑的交換容量。量。n對(duì)于陰離子交換劑：將陰離對(duì)于陰離子交換劑：將陰離子交換劑轉(zhuǎn)換成子交換劑轉(zhuǎn)換成cl型后，取一定型后，取一定量的量的cl型交換劑，通入型交換劑，通入na2so4,nn用鉻酸鉀作指示劑，用硝酸銀滴用鉻酸鉀作指示劑，用硝酸銀滴定流出液的定流出液的cl-，根據(jù)根據(jù)cl-量計(jì)算交換量計(jì)算交換容量。容量。ohnarnaohhr2

12、2naclsorsonaclr24242蛋白質(zhì)的交換容量：比小分子化合物要蛋白質(zhì)的交換容量：比小分子化合物要小的多。小的多。n1st 樹脂孔道的空間排阻作用大；樹脂孔道的空間排阻作用大；n2nd 交換后排阻其他蛋白質(zhì)的擴(kuò)散和交換后排阻其他蛋白質(zhì)的擴(kuò)散和交換；交換；n3rd 蛋白質(zhì)的多電荷與多個(gè)交換中心蛋白質(zhì)的多電荷與多個(gè)交換中心結(jié)合結(jié)合nc滴定曲線滴定曲線n全面評(píng)價(jià)表征交換劑的重要參數(shù)全面評(píng)價(jià)表征交換劑的重要參數(shù)n方法：方法：1g氫型氫型(或羥型或羥型)交換劑交換劑 + x-ml 0.1m naoh/or hcl + 水至水至50 ml(其中其中1支支 + 50 ml 0.1 m nacl)

13、+ 靜置靜置24h (對(duì)強(qiáng)交換劑對(duì)強(qiáng)交換劑)/or 7d(對(duì)弱交對(duì)弱交換劑換劑) + 測測ph + 作圖作圖n意義：意義：n1st 強(qiáng)離子交換劑的交換；強(qiáng)離子交換劑的交換；n2nd 弱離子交換劑的交換；弱離子交換劑的交換；n3rd 滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) 交換容量；交換容量；n4th 轉(zhuǎn)折點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)數(shù) 交換基團(tuán)的種類數(shù)；交換基團(tuán)的種類數(shù)；n5th 交換容量隨交換容量隨ph的變化。的變化。nssazazsnsazaz22112211111121, aass,3 吸附平衡理論 一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)被

14、吸附劑吸附，經(jīng)足夠長時(shí)間后，吸附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)足夠長時(shí)間后，吸附質(zhì)在兩相中的含量不吸附質(zhì)在兩相中的含量不再改變?cè)俑淖?，即吸附質(zhì)在流體和吸附劑上的分配達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，稱，即吸附質(zhì)在流體和吸附劑上的分配達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，稱為為吸附平衡吸附平衡。 相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附；反之，流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附；反之，流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度時(shí)，吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)將解吸進(jìn)入流體相，直到達(dá)到新的吸附附劑上已吸附的吸附質(zhì)將解吸進(jìn)入流體相，直到達(dá)到新的吸附平衡。可見平衡。可見，吸附平衡關(guān)系決定著

15、吸附過程的方向和吸附平衡關(guān)系決定著吸附過程的方向和極限極限，是吸附過程的基本依據(jù)是吸附過程的基本依據(jù)。 吸附平衡的常用表示方法有兩種：吸附平衡的常用表示方法有兩種：（1 1）吸附質(zhì)在流體中的）吸附質(zhì)在流體中的濃度濃度（液體）（液體） 或或分壓分壓（氣體）；（氣體）；（2 2）吸附劑上吸附的吸附質(zhì)的量，）吸附劑上吸附的吸附質(zhì)的量， 克（或摩爾）吸附質(zhì)克（或表克（或摩爾）吸附質(zhì)克（或表面積）吸附劑。面積）吸附劑。1. 蘭繆爾（langnuir）公式1）二個(gè)假設(shè)：v吸附活性中心間各自獨(dú)立v每一個(gè)吸附活性中心只吸附一個(gè)分子2）推導(dǎo) ： 吸附速度=k1（m m)c , 解吸速度=k2 m 當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，

16、k1（m m)c =k2m m b c k1 m = 其中b= 1 + b c k2 m b c m = 1 + b cv當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，1+bc1， m= m bcv當(dāng)溶液濃度很高時(shí)，1+bc bc ，m= m v當(dāng)溶液濃度適中時(shí)， m = k c 1/n 其中n 1 此為弗羅德利希（freundlich）公式 目前尚沒有成熟的理論來估計(jì)流體固體之間目前尚沒有成熟的理論來估計(jì)流體固體之間的吸附平衡關(guān)系。因此，需要對(duì)特定的物系實(shí)驗(yàn)測的吸附平衡關(guān)系。因此，需要對(duì)特定的物系實(shí)驗(yàn)測定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上吸附質(zhì)的吸附量吸附質(zhì)的吸附量與

17、流體中與流體中吸附質(zhì)濃度吸附質(zhì)濃度或分壓的關(guān)系或分壓的關(guān)系曲線，這種曲線稱為曲線，這種曲線稱為吸附等溫線吸附等溫線。另外，。另外，在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關(guān)系曲線稱為在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關(guān)系曲線稱為吸附等壓線；吸附等壓線；在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關(guān)系曲線在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關(guān)系曲線稱為吸附等容線。這里只介紹應(yīng)用最廣的吸附等溫稱為吸附等容線。這里只介紹應(yīng)用最廣的吸附等溫線。線。 langmuir 吸附等溫線 (i型)假設(shè)假設(shè) 表面處處均一表面處處均一 (所有吸附位點(diǎn)在能量上完全相同所有吸附位點(diǎn)在能量上完全相同) 單分子層吸附單分子層吸附 (沒有多層

18、吸附?jīng)]有多層吸附) 被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用pkpknnnmmad1inadp/p0pq q4 吸附動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)(1)(1)吸附機(jī)理吸附機(jī)理 吸附質(zhì)在吸附劑多孔表面上被吸附的過程分為下吸附質(zhì)在吸附劑多孔表面上被吸附的過程分為下列四步：列四步： 1)1)吸附質(zhì)從流體主體通過分子與對(duì)流擴(kuò)散穿過薄吸附質(zhì)從流體主體通過分子與對(duì)流擴(kuò)散穿過薄膜或邊界層傳遞到吸附劑的外表面，稱之為膜或邊界層傳遞到吸附劑的外表面，稱之為外擴(kuò)散外擴(kuò)散過程。過程。 2)2)吸附質(zhì)通過孔擴(kuò)散從吸附劑的外表面?zhèn)鬟f到微吸附質(zhì)通過孔擴(kuò)散從吸附劑的外表面?zhèn)鬟f到微孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，稱為孔結(jié)構(gòu)

19、的內(nèi)表面，稱為內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散過程。過程。 3)3)吸附質(zhì)沿孔表面的吸附質(zhì)沿孔表面的表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散。 4)4)吸附質(zhì)被吸附質(zhì)被吸附吸附在孔表面上。在孔表面上。外擴(kuò)散傳質(zhì)過程 吸附質(zhì)從流體主體對(duì)流擴(kuò)散到吸附劑顆粒外表面吸附質(zhì)從流體主體對(duì)流擴(kuò)散到吸附劑顆粒外表面的傳質(zhì)速率方程為：的傳質(zhì)速率方程為： 相應(yīng)的傳熱方程為：相應(yīng)的傳熱方程為：詳細(xì)推導(dǎo)過程見教材詳細(xì)推導(dǎo)過程見教材內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)過程 吸附質(zhì)在微孔中的擴(kuò)散有兩種形式吸附質(zhì)在微孔中的擴(kuò)散有兩種形式- -沿沿孔截面孔截面的擴(kuò)的擴(kuò)散和沿散和沿孔表面孔表面的表面擴(kuò)散。前者根據(jù)孔徑和吸附分的表面擴(kuò)散。前者根據(jù)孔徑和吸附分子平均自由程之間大小的關(guān)系又有三種情況：

20、分子子平均自由程之間大小的關(guān)系又有三種情況：分子擴(kuò)散、紐特遜擴(kuò)散和介于這兩種情況之間的擴(kuò)散。擴(kuò)散、紐特遜擴(kuò)散和介于這兩種情況之間的擴(kuò)散。當(dāng)微孔表面吸附有吸附質(zhì)時(shí)，沿孔口向里的表面上當(dāng)微孔表面吸附有吸附質(zhì)時(shí)，沿孔口向里的表面上存在著吸附質(zhì)的濃度梯度，吸附質(zhì)可以沿孔表面向存在著吸附質(zhì)的濃度梯度，吸附質(zhì)可以沿孔表面向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，稱為表面擴(kuò)散。顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，稱為表面擴(kuò)散。 在吸附劑顆粒的微孔中進(jìn)行傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型很在吸附劑顆粒的微孔中進(jìn)行傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型很類似于在多孔催化劑顆粒中的催化反應(yīng)。類似于在多孔催化劑顆粒中的催化反應(yīng)。( (略略) )5 吸附分離過程 根據(jù)待分離物系中各組分的性質(zhì)和過程的分離要根

21、據(jù)待分離物系中各組分的性質(zhì)和過程的分離要求求( (如純度、回收率、能耗等如純度、回收率、能耗等) )，在選擇適當(dāng)?shù)奈?，在選擇適當(dāng)?shù)奈絼┖徒馕鼊┗A(chǔ)上，采用相應(yīng)的工藝過程和設(shè)備。劑和解吸劑基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)的工藝過程和設(shè)備。常用的吸附分離設(shè)備有：常用的吸附分離設(shè)備有： 吸附攪拌釜吸附攪拌釜 固定床吸附器固定床吸附器 移動(dòng)床移動(dòng)床 流化床流化床 在廢水處理中常用固定床吸在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附時(shí)固定不動(dòng)，水流穿過吸附劑層。時(shí)固定不動(dòng)，水流穿過吸附劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降根據(jù)水

22、流方向可分為升流式和降流式兩種。流式兩種。 降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但水頭損失較大，特別在處理含懸浮但水頭損失較大，特別在處理含懸浮物較多的污水時(shí)，需定期進(jìn)行反沖洗，物較多的污水時(shí)，需定期進(jìn)行反沖洗，有時(shí)還需在吸附劑層上部設(shè)表面沖洗有時(shí)還需在吸附劑層上部設(shè)表面沖洗設(shè)備設(shè)備。 固定床吸附操作穿透曲線：吸附過程穿透曲線：吸附過程中吸附塔出口溶質(zhì)中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的變化曲線。濃度的變化曲線。穿透點(diǎn)：出口處溶質(zhì)穿透點(diǎn)：出口處溶質(zhì)濃度開始上升的點(diǎn)濃度開始上升的點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)。稱為穿透點(diǎn)。穿透時(shí)間：達(dá)到穿透穿透時(shí)間：達(dá)到穿透點(diǎn)所用的操作時(shí)間點(diǎn)所用的操作時(shí)間。n吸附帶吸附帶(

23、 (濃度波濃度波):):吸附柱吸附柱中液相中液相( (或固相或固相) )溶質(zhì)濃溶質(zhì)濃度從度從c c0 0( (或或q q0 0) )到到0 0的分布的分布區(qū)域區(qū)域. .n傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū): :吸附帶內(nèi)溶質(zhì)濃吸附帶內(nèi)溶質(zhì)濃度不斷變化度不斷變化, ,液固之間尚液固之間尚未達(dá)到吸附平衡未達(dá)到吸附平衡, ,存在傳存在傳質(zhì)現(xiàn)象質(zhì)現(xiàn)象, ,吸附帶所覆蓋的吸附帶所覆蓋的區(qū)域區(qū)域. .v恒定圖式恒定圖式: :吸附帶的濃度波以一定的形狀移動(dòng)吸附帶的濃度波以一定的形狀移動(dòng), ,稱此濃度分布為恒定圖式稱此濃度分布為恒定圖式. .恒定圖式吸附帶只恒定圖式吸附帶只有在優(yōu)惠吸附時(shí)才發(fā)生有在優(yōu)惠吸附時(shí)才發(fā)生. .v優(yōu)惠吸附優(yōu)惠

24、吸附: :吸附等溫線上凸吸附等溫線上凸, ,如如langmuir langmuir 或或freundlichfreundlich型型) )（1）固定床吸附器的優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，吸附劑磨損少。（2）固定床吸附器的缺點(diǎn)是： 間歇操作，吸附和再生兩過程必須周期性更換，這樣不但需有備用設(shè)備，而且要較多的進(jìn)、出口閥門，操作十分麻煩，為大型化，自動(dòng)化帶來困難。即使實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化，控制的程序也是比較復(fù)雜的。 其次，在吸附器內(nèi)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，床層要有一定的富余，需要放置多于實(shí)際需要的吸附劑，使吸附劑耗用量增加。 除此之外，再生時(shí)需加熱升溫，吸附時(shí)放出吸附熱，不但熱量不能利用，而且由于靜止的吸附床

25、層導(dǎo)熱性差，對(duì)床層的熱量輸入和導(dǎo)出均不容易，因此容易出現(xiàn)床層局部過熱現(xiàn)象而影響吸附。加熱再生后還需冷卻也延長了再生時(shí)間。 固定床吸附器的特點(diǎn)是：非定態(tài)傳質(zhì)過程。流化床吸附操作固定床：固定床：吸附顆粒確定以后，床層的膨脹與通過床層液體的表觀流速u有關(guān)。當(dāng)u不大時(shí)，顆粒之間仍保持靜止并互相接觸為固定床。流化床：流化床：當(dāng)流體通過床層的速度逐漸提高到某值時(shí)，顆粒出現(xiàn)松動(dòng)，顆粒間空隙增大，床層體積出現(xiàn)膨脹。如果再進(jìn)一步提高流體速度，床層將不能維持固定狀態(tài)。此時(shí)，顆粒全部懸浮于流體中，顯示出相當(dāng)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。隨著流速的提高，顆粒的運(yùn)動(dòng)愈加劇烈，床層的膨脹也隨之增大，但是顆粒仍逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出。

26、床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a壓力小，可處理高黏度或固體顆粒的粗料液；b 不需要特殊吸附劑，設(shè)備操作簡單。膨脹床吸附操作固定床固定床優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：流體在介質(zhì)層中基本上呈平推流，返混小，柱效率高。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：無法處理含顆粒的料液，因會(huì)堵塞床層，造成壓力降增大而最終使操作無法進(jìn)行。流化床流化床缺點(diǎn)缺點(diǎn)：存在嚴(yán)重的返混，特別是高徑比很小的流化床，使床層理論塔板數(shù)降低，吸附劑的利用率低。1)1)、膨脹床、膨脹床綜合固定床和流化床的優(yōu)點(diǎn)，使吸附顆粒按自身的物理性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定地處在床層中的一定層次上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分級(jí)，而流體保持以平推流的形式流過床層，同時(shí)吸附顆粒間有較大的空隙，使料液中的固體顆粒能

27、順利通過床層(見圖)。膨脹床吸附v流化床：床內(nèi)吸附粒子呈流化狀態(tài)v膨脹床：是液固相返混程度較低的液固流化床膨脹床是發(fā)展中的吸附分離技術(shù)在蛋白質(zhì)類生物大分子的單步純化分離過程有著誘人的開發(fā)潛力v兼有固定床和流化床的優(yōu)點(diǎn)流化的固相介質(zhì)基本可以懸浮在床內(nèi)的固定位置流體流動(dòng)狀態(tài)以平推流的方式流經(jīng)床層v集料液澄清，目標(biāo)產(chǎn)物濃縮和分離純化為一體的生物集成分離技術(shù)特點(diǎn)v固相分級(jí)特性 膨脹床中固相介質(zhì)按各自終端速率的不同沿膨脹床的軸向方向會(huì)出現(xiàn)一定的分布.終端速度大(或高密度)的大粒子,主要集中在床層的底部,終端速度小的小粒徑粒子,主要集中在床層的頂部.這種規(guī)律性分級(jí)是固定床穩(wěn)定的基礎(chǔ).膨脹床吸附介質(zhì)v磁性粒

28、子磁性粒子 具有一定的密度分布和粒徑分布的吸附劑具有一定的密度分布和粒徑分布的吸附劑固定床吸附介質(zhì)應(yīng)滿足固定床吸附介質(zhì)應(yīng)滿足: :1.1.吸附劑的尺寸和密度應(yīng)保證其終端速率與料吸附劑的尺寸和密度應(yīng)保證其終端速率與料液中需除去的固形顆粒間有明顯的差異液中需除去的固形顆粒間有明顯的差異. .2.2.應(yīng)具有良好的孔道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的孔道結(jié)構(gòu), ,不易被料液中的脂類不易被料液中的脂類, ,核酸和蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)污染核酸和蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)污染. .3.3.應(yīng)具有活性基團(tuán)應(yīng)具有活性基團(tuán), ,可以修飾吸附目標(biāo)產(chǎn)物的配可以修飾吸附目標(biāo)產(chǎn)物的配基基, ,并對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物具有較高的吸附容量并對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物具有較高的吸附容

29、量. .4.具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)械強(qiáng)度具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)械強(qiáng)度, ,保保證其可以承受苛刻的原位清洗證其可以承受苛刻的原位清洗, ,使用壽命長使用壽命長. .5.5.具有良好的傳質(zhì)性能具有良好的傳質(zhì)性能, ,在較高的流速下在較高的流速下, ,可以可以保持較高的吸附容量保持較高的吸附容量. .發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢: :高密度高密度, ,小粒徑介質(zhì)小粒徑介質(zhì)膨脹床設(shè)備v流體分布器:保證床截面的流速分布均勻,減少溝流等不規(guī)則流動(dòng);保證料液中固形粒子自由通過,并對(duì)吸附劑有截流作用;v高度調(diào)節(jié)器v膨脹床柱:第四節(jié)第四節(jié) 吸附法的應(yīng)用吸附法的應(yīng)用 在廢水處理中，吸附法處理的主要對(duì)象是廢水中

30、用生化法難于降解的有機(jī)物或用一般氧化法難于氧化的溶解性有機(jī)物。包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、除莠劑、ddt等。當(dāng)用活性炭對(duì)這類廢水進(jìn)行處理時(shí)，它不但能夠吸附這些難分解的有機(jī)物，降低cod，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理到可重復(fù)利用的程度。所以 吸附法在廢水的深度處理中得到了廣泛的應(yīng)用。 在處理流程上，吸附法可與其他物理化學(xué)法聯(lián)合，組成所謂物化流程,也可與生化法聯(lián)合，如向曝氣池投加粉狀活性炭；利用粒狀吸附劑作為微生物的生長載體或作為生物流化床的介質(zhì)；或在生物處理之后進(jìn)行吸附深度處理等。 吸附：溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固相的現(xiàn)象。吸附機(jī)制：固體表面分子(或原子

31、)處于特殊的狀態(tài)。固體內(nèi)部分子所受的力是對(duì)稱的，故彼此處于平衡。但在界面分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力，它能從外界吸附分子、原子、或離子，并在吸附表面上形成多分子層或單分子層。多孔類吸附劑的表面是由“外表面”和“內(nèi)表面”所組成，內(nèi)表面積可比外表面積大幾百倍。由于顆粒內(nèi)微孔的存在，比表面很大，可達(dá)每克幾百平方米，有較高的吸附勢?；瘜W(xué)吸取附是吸附劑表面活性位點(diǎn)與溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)鍵合、產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。此過程釋放大量的吸附熱，一般需要采用破壞化學(xué)鍵的洗脫劑洗脫。吸附劑和吸附物通過分子間力(范德華力)產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。這是一種最常見的吸附現(xiàn)象，其特點(diǎn)是吸附不僅限于一些活性中心，而是整個(gè)自由界面。吸附劑表面如為極性分子所組成，則會(huì)吸引溶液中相反極性的物質(zhì)或離子而形成雙電層，這種吸附稱為極性吸附。離子交換: 在吸附劑與溶液間發(fā)生