環(huán)境工程原理第09章吸附課件

第九章吸附

第九章第九章吸附

第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第二節(jié)吸附劑第三節(jié)吸附平衡第四節(jié)吸附動力學第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線本章主要內容第九章吸附第一節(jié)吸附分離操作的基本概念本章主要內容吸附操作是通過多孔固體物質與某一混合組分體系（氣體或液體）接觸，有選擇地使體系中的一種或多種組分附著于固體表面，從而實現(xiàn)特定組分分離的操作過程。被吸附到固體表面的組分——稱為吸附質吸附吸附質的多孔固體——稱為吸附劑吸附質附著到吸附劑表面的過程——稱為吸附吸附質從吸附劑表面逃逸到另一相的過程——稱為解吸吸附過程發(fā)生在——“氣－固”或“液－固”非均相界面基本術語第一節(jié)吸附分離操作的基本概念吸附操作是通過多孔固體物質與某一混合組分體系（氣體或液體）接吸附分離過程的適用范圍：吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結合力強弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質使混合物中難吸附與易吸附組分分離。適宜的吸附劑對各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾、吸收等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質的去除。吸附操作條件比較容易實現(xiàn)。吸附操作缺點，主要是理論尚不夠完善成熟。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念吸附分離過程的適用范圍：第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按作用力性質分類：分物理吸附和化學吸附物理吸附：吸附質分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的，也稱為范德華吸附。吸附熱較?。ǚ艧徇^程，吸附熱在數(shù)值上與冷凝熱相當），可在低溫下進行；過程是可逆的，易解吸；相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質；分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；可形成單分子吸附層或多分子吸附層。一、吸附分離操作的分類第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按作用力性質分類：分物理吸附和化學吸附一、吸附分離操作的分類化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質之間發(fā)生化學反應而引起的，其強弱取決于兩種分子之間化學鍵力的大小。如石灰吸附CO2→CaCO3

吸附熱大，一般在較高溫下進行；具有選擇性，單分子層吸附；化學鍵力大時，吸附不可逆。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質之間發(fā)生化學反應而⑴、化學吸附熱與化學反應熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化碳和氫在各種吸附劑上的化學吸附熱為83740J／mol和62800J／mol，而這兩種氣體的物理吸附熱約為25120J／mol和8374J／mol。⑵、化學吸附有較高的選擇性。如氯可以被鎢或鎳化學吸附。物理吸附則沒有很高的選擇性，它主要取決于氣體或液體的物理性質及吸附劑的特性。⑶、化學吸附時，溫度對吸附速率的影響較顯著，溫度升高則吸附速率加快，因其是一個活化過程，故又稱活化吸附。而物理吸附即使在低溫下，吸附速率也可能較大，因它不屬于活化吸附。⑷、化學吸附總是單分子層或單原子層，而物理吸附則不同，低壓時，一般是單分子層，但隨著吸附質分壓增大，吸附層可能轉變成多分子層。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念⑴、化學吸附熱與化學反應熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征表面能降低，為放熱反應；吸附無選擇性，分子引力隨分子量增大而增加；無化學反應發(fā)生。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附按原料組成分類：大吸附量分離和雜質去除按分離機理分類：位阻效應、動力學效應和平衡效應第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附第一節(jié)吸附分離操作二、吸附分離操作的應用吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣體或液體混合物中的某些組分進行大吸附量分離，也可以去除混合物中的痕量雜質。日常生活：木炭吸濕、吸臭；防腐劑；吸濕劑（硅膠）第九章第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念二、吸附分離操作的應用吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣

化工領域：產品的分離提純，如制糖品工業(yè)，用活性炭處理糖液，吸附其中雜質，得到潔白的產品。

環(huán)境領域：水：脫色脫臭，有害有機物的去除，金屬離子，氮、磷

空氣：脫濕，有害氣體，脫臭特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化工領域：特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作給水處理

嗅、味的吸附凈化；微量污染物的吸附凈化。廢水處理典型有機污染物的吸附回收(酚、苯等)；組合工藝的達標把關措施；應用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。給水處理應用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞煉油廠、印染廠廢水的深度處理

某煉油廠含油廢水，經隔油，氣浮和生物處理后，再經砂濾和活性炭過濾深度處理。

廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念煉油廠、印染廠廢水的深度處理某煉油廠含油廢水①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；②對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。

脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。氣體處理第一節(jié)吸附分離操作的基本概念①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過一、常用吸附劑的主要特性二、幾種常用的吸附劑本節(jié)的主要內容第二節(jié)吸附劑一、常用吸附劑的主要特性本節(jié)的主要內容第二節(jié)吸附劑吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小。選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。穩(wěn)定性好：吸附劑應具有較好的熱穩(wěn)定性，在較高溫度下解吸再生其結構不會發(fā)生太大的變化。同時，還應具有耐酸堿的良好化學穩(wěn)定性。適當?shù)奈锢硖匦粤畠r易得

具有一定吸附能力的多孔物質都可以作吸附劑.一、常用吸附劑的主要特性第二節(jié)吸附劑吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于二、重要吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二節(jié)吸附劑二、重要吸附劑第二節(jié)吸附劑（一）活性炭

活性炭是應用最為廣泛的吸附劑。是由煤或木質原料加工得到的產品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸稈等都可以加工成黑炭，經活化后制成活性炭。炭化：把原料熱解成炭渣，溫度：200－600度活化：形成發(fā)達的細孔。兩種辦法:氣體法：通入水蒸氣，溫度在800－1000度；藥劑法：加入氯化鋅、硫酸、磷酸等比表面積：500－1700m2/g第二節(jié)吸附劑（一）活性炭第二節(jié)吸附劑比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微孔所提供的比表面積基本上不起作用?；钚蕴考毧追植记闆r：

微孔：<2nm，占總比表面95％：主要支配吸附量過渡孔：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，影響吸附速度。第二節(jié)吸附劑比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微孔所提供的

活性炭的優(yōu)點：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學穩(wěn)定性好，解吸容易，在高溫下進行解吸再生時其晶體結構不發(fā)生變化，熱穩(wěn)定性高，經多次吸附和解吸操作，仍能保持原有的吸附性能。

活性炭常用于溶劑回收，溶液脫色、除臭、凈制等過程。是當前應用最普遍的吸附劑。第二節(jié)吸附劑活性炭的優(yōu)點：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學穩(wěn)定性好，（二）活性炭纖維活性炭纖維吸附能力比一般活性炭要高1～10倍。活性炭纖維分為兩種：(1)將超細活性炭微粒加入增稠劑后與纖維混紡制成單絲，或用熱熔法將活性炭粘附于有機纖維或玻璃纖維上，也可以與紙漿混粘制成活性炭紙。(2)以人造絲或合成纖維為原料，與制備活性炭一樣經過炭化和活化兩個階段，加工成具有一定比表面積和一定孔分布結構的活性炭纖維。第二節(jié)吸附劑（二）活性炭纖維第二節(jié)吸附劑

（三）硅膠是一種堅硬無定形鏈狀或網狀結構的硅酸聚合物顆粒硅膠的化學式：SiO2nH20用硫酸處理硅酸鈉水溶液，生成凝膠。水洗除去硫酸鈉后經干燥，便可得到玻璃狀的硅膠。硅膠是極性吸附劑，難于吸附非極性物質，易于吸附極性物質（如水、甲醇等）吸濕，高濕度氣體的干燥。

第二節(jié)吸附劑（三）硅膠第二節(jié)吸附劑（四）活性氧化鋁化學式：Al2O3nH2O含水氧化鋁加熱脫水制成的一種極性吸附劑。與硅膠相比，具有良好的機械強度比表面積約為200～300m2/g，對水分有極強的吸附能力。主要用于氣體和液體的干燥、石油氣的濃縮與脫硫的吸附。第二節(jié)吸附劑（四）活性氧化鋁第二節(jié)吸附劑（五）沸石分子篩每一種分子篩都有相對均一的孔徑，其大小隨分子篩種類的不同而異。強極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H2S等有很強的親和力，對氨氮的吸附效果好，而對有機物的親和力較弱。第二節(jié)吸附劑（五）沸石分子篩強極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結構。比表面約為800～1000m2/g。

這些骨架結構里面有空洞，即所謂“窗口”，窗口的尺寸就限制了可以進入的分子大小。比它小的分子可以進入，比它大的分子就被拒于“窗外”。這樣，它只能允許比其微孔孔徑小的分子吸附上去，比其大的分子則不能進入，有分子篩的作用，故稱為分子篩。第二節(jié)吸附劑具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結構。分子篩(合成沸石)一般可用式表示的含水硅酸鹽。其中M表示金屬離子，多數(shù)為鈉、鉀、鈣，也可以是有機胺或復合離子。n表示復合離子的價數(shù)，y和w分別表示SiO4和H2O的分子數(shù)，y又稱為硅鋁比，硅鋁比為2左右的稱為A型分子篩，3左右的稱為X型分子篩，3以上稱為Y型分子篩。根據(jù)原料配比、組成和制造方法不同，可以制成不同孔徑(一般從3?到8?)和形狀(圓形、橢圓形)的分子篩。分子篩是極性吸附劑，對極性分子，尤其對水具有很大的親和力。由于分子篩突出的吸附性能，使得它在吸附分離中有著廣泛的應用，主要用于各種氣體和液體的干燥，芳烴或烷烴的分離及用作催化劑及催化劑載體等。第二節(jié)吸附劑分子篩(合成沸石)一般可用式表示的含水硅酸鹽。其中吸附劑的選擇如何選擇適宜的吸附劑？——需要根據(jù)被分離對象、分離條件和吸附劑本身的特點確定——需要進行試驗研究第二節(jié)吸附劑吸附劑的選擇如何選擇適宜的吸附劑？第二節(jié)吸附劑3、吸附劑的再生及方法：當吸附進行一定時間后吸附劑的表面就會被吸附物所覆蓋，使吸附能力急劇下降，此時就需將被吸附物脫附，使吸附劑得到再生。吸附劑的再生，即吸附劑脫附，通常采用的方法：提高溫度或降低吸附質在氣相中的分壓，這樣的結果：吸附質將以原來的形態(tài)從吸附劑上回到氣相或液相，這種現(xiàn)象稱為“脫附”，所以物理吸附過程是可逆的。吸附分離過程正是利用物理吸附的這種可逆性來實現(xiàn)混合物的分離。第二節(jié)吸附劑3、吸附劑的再生及方法：第二節(jié)吸附劑降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關。壓力高，吸附進行得快，脫附進行得慢。當壓力降低時，脫附現(xiàn)象開始顯著。所以操作壓力降低后，被吸附的物質就會脫離吸附劑表面返回氣相。有時為了脫附徹底，甚至采用抽真空的辦法。

這種改變壓力的再生操作，在變壓吸附中廣為應用。如吸附分離高純度氫，先是在1.37～4.12MPa壓力下吸附，然后在常壓下脫附，從而可得到高純度氫，吸附劑也得到再生。變壓吸附

——根據(jù)系統(tǒng)操作壓力變化不同，變壓吸附循環(huán)可以是常壓吸附、真空解吸，加壓吸附、常壓解吸，加壓吸附、真空解吸等幾種方法。

第二節(jié)吸附劑降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關。壓力高，吸附進行得快，脫(2)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學觀點可知，溫度降低有利于吸附，溫度升高有利于脫附。這是因為分子的動能隨溫度的升高而增加，使吸附在固體表面上的分子不穩(wěn)定，不易被吸附劑表面的分子吸引力所控制，也就越容易逸入氣相中去。

變溫吸附——吸附操作通常是在低溫下進行，然后提高操作溫度使被吸附組分脫附。通常用水蒸汽直接加熱吸附劑使其升溫解吸，解吸物與水蒸汽冷凝后分離。吸附劑則經間接加熱升溫干燥和冷卻等階段組成變溫吸附過程，吸附劑循環(huán)使用。

第二節(jié)吸附劑(2)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學觀點可知，溫度降低

(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸附劑床層，進行吹掃，以降低吸附劑上的吸附質分壓，從而達到脫附。當吹掃氣的量一定時，脫附物質的量取決于該操作溫度和總壓下的平衡關系。

第二節(jié)吸附劑(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸

(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當該流體被吸附劑吸附的程度較吸附質弱時，通入的流體就將吸附質置換與吹掃出來，這種流體稱為脫附劑。

如果通入的脫附劑，其被吸附程度比吸附質強時，則純屬置換脫附，否則就兼有吹掃作用。脫附劑被吸附的能力越強，則吸附質脫附就越徹底。這種脫附劑置換脫附的方法特別適用于熱敏性物質。當然，采用置換脫附時，還需將脫附劑進行脫附。

溶劑置換

在恒溫恒壓下，已吸附飽和的吸附劑可用溶劑將床層中已吸附的吸附質沖洗出來，同時使吸附劑解吸再生。常用的溶劑有水、有機溶劑等各種極性或非極性物質。第二節(jié)吸附劑(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當該流體被吸附劑一、單組分氣體吸附二、雙組分氣體吸附三、液相吸附本節(jié)的主要內容第三節(jié)吸附平衡一、單組分氣體吸附本節(jié)的主要內容第三節(jié)吸附平衡在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附質將被吸附劑所吸附。吸附速度解吸速度當吸附速度和解吸速度相等時，流體中吸附質濃度不再改變時→→吸附平衡吸附劑吸附能力用吸附量q表示。

吸附平衡與平衡吸附量第三節(jié)吸附平衡在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)與固體吸附劑經長時間充分接觸后，吸附質在流體相和固體相中的濃度達到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。

2、吸附過程的方向和極限：吸附平衡關系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。若流體中吸附質濃度高于平衡濃度，則吸附質將被吸附，若流體中吸附質濃度低于平衡濃度，則吸附質將被解吸，最終達吸附平衡，過程停止。

3、吸附平衡的影響因素：單位質量吸附劑的平衡吸附量受到許多因素的影響，如吸附劑的物理結構(尤其是表面結構)和化學組成，吸附質在流體相中的濃度，操作溫度等。第三節(jié)吸附平衡1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線第三節(jié)吸附平衡q=f(p,T)(9.3.1)（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，L/kgk——和吸附劑種類、特性、溫度有關的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關p——吸附質氣相中的平衡分壓,Pa隨著p增大，吸附量q隨之增加。但p增加到一定程度后，q不再變化。Freundlich方程為經驗公式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實驗擬合結果。第三節(jié)吸附平衡(9.3.2)1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：對吸附等溫式兩邊取對數(shù)：k

雙對數(shù)坐標1/n1/n越小，說明吸附可在相當寬的濃度范圍下進行。一般認為1/n=0.1–0.5時容易吸附第三節(jié)吸附平衡弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：k雙對數(shù)坐標1/n1/n2.朗格謬爾（langmuir)公式方程推導的基本假定：吸附劑表面性質均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子。吸附質在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質分子之間無作用力。第三節(jié)吸附平衡2.朗格謬爾（langmuir)公式吸附劑表面性質均一，每設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正比，可以表示為：kdθ

氣體的吸附速度與剩余吸附面積(1－θ)和氣體分壓成正比，可以表示為：kap(1－θ)

qm為吸附劑表面所有吸附點均被吸附質覆蓋時的吸附量，即飽和吸附量。第三節(jié)吸附平衡(9.3.3)設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子層吸附的Langmuir方程：

p——吸附質的平衡分壓，Paq,qm——分別為吸附量和單分子層吸附容量，L/kgk1——Langmuir常數(shù)，與吸附劑和吸附質的性質和溫度有關，該值越大表示吸附劑的吸附能力越強。第三節(jié)吸附平衡(9.3.4)(9.3.5)吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子如何求解langmuir公式參數(shù)？1/p1/q1/qm1/(k1qm)或第三節(jié)吸附平衡公式變換得：如何求解langmuir公式參數(shù)？1/p1/q1/qm1/(例題9.3.1273.15K時，1g活性炭在不同壓力下吸附氮氣的體積如下表所示（已換算成標準狀態(tài)下的體積），試證明氮氣在活性炭上的吸附服從Langmuir等溫方程式，并求吸附常數(shù)。第三節(jié)吸附平衡p/Pa523.91730.23057.94533.57495.5q/(mL.g-1)0.9873.045.087.0410.31例題9.3.1273.15K時，1g活性炭在不同壓力下吸附當p很小時，則：q=k1qmp呈亨利定律，即吸附量與氣體的平衡分壓成正比。當p時，

q=qm此時，吸附量與氣體分壓無關，吸附劑表面被占滿，形成單分子層。Langmuir公式分析：第三節(jié)吸附平衡當p很小時，則：q=k1qmpLangmuir公式分析：第3.BET公式由Brunaner,Emmett和Teller3人提出的?；诙喾肿訉游剑贚angmuir公式基礎上推導出來的。假設：吸附分子在吸附劑上是按各個層次排列的。吸附過程取決于范德華引力，吸附質可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。每一層吸附都符合Langmuir公式。第三節(jié)吸附平衡3.BET公式第三節(jié)吸附平衡p0——吸附質組分的飽和蒸氣壓qm——吸附劑表面完全被吸附質單分子層覆蓋時的吸附量kb——常數(shù)，與溫度、吸附熱和冷凝熱有關。BET公式中的參數(shù)qm和kb可以通過實驗測定。通常只適用于比壓（p/p0）約在0.05～0.35比壓小于<0.05，建立不起多層物理吸附平衡；比壓>0.35，毛細凝聚變得顯著，破壞多層物理吸附平衡。第三節(jié)吸附平衡(9.3.6)p0——吸附質組分的飽和蒸氣壓BET公式中的參數(shù)qm和kb可BET模型方程與Langmuir方程的聯(lián)系BET吸附模型是在Langmuir模型基礎上建立起來的。Langmuir模型的前提條件是假設在吸附劑表面上只形成單分子層，而BET模型吸附劑表面上可擴展到多分子層吸附；若吸附質的平衡分壓遠小于其飽和蒸汽壓，即遠遠小于

則:

令

，即為Langmuir方程，所以BET方程是廣泛的Langmuir方程BET模型方程與Langmuir方程的聯(lián)系遠遠小于則:

二、雙組分氣體吸附混合氣體中有兩種組分發(fā)生吸附時，每種組分吸附量均受另一種組分的影響?；钚蕴繉σ彝榈奈捷^多，而硅膠對乙烯的吸附較多。乙烷-乙烯混合氣體的平衡吸附(25℃，101.325kPa)第三節(jié)吸附平衡二、雙組分氣體吸附混合氣體中有兩種組分發(fā)生吸附時，每種組分吸各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙組分總壓時的平衡吸附量qA、qB為混合氣體吸附平衡時吸附量第三節(jié)吸附平衡(9.3.12)各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；選擇最佳的吸附劑；吸附劑的最佳吸附條件；不同吸附劑的吸附特性對比；混合吸附質的競爭吸附比較。三、吸附模型的工程意義第三節(jié)吸附平衡由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；三、吸附模型的工程意義吸附分離過程的適用范圍：吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結合力強弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質使混合物中難吸附與易吸附組分分離。適宜的吸附劑對各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾、吸收等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質的去除。上節(jié)回顧吸附分離過程的適用范圍：上節(jié)回顧化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征表面能降低，為放熱反應；吸附無選擇性，分子引力隨分子量增大而增加；無化學反應發(fā)生。上節(jié)回顧化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小。選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。穩(wěn)定性好：吸附劑應具有較好的熱穩(wěn)定性，在較高溫度下解吸再生其結構不會發(fā)生太大的變化。同時，還應具有耐酸堿的良好化學穩(wěn)定性。適當?shù)奈锢硖匦粤畠r易得

具有一定吸附能力的多孔物質都可以作吸附劑.一、常用吸附劑的主要特性上節(jié)回顧吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于二、重要吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。上節(jié)回顧二、重要吸附劑上節(jié)回顧3、吸附劑的再生及方法：當吸附進行一定時間后吸附劑的表面就會被吸附物所覆蓋，使吸附能力急劇下降，此時就需將被吸附物脫附，使吸附劑得到再生。吸附劑的再生，即吸附劑脫附，通常采用的方法：提高溫度或降低吸附質在氣相中的分壓，這樣的結果：吸附質將以原來的形態(tài)從吸附劑上回到氣相或液相，這種現(xiàn)象稱為“脫附”。上節(jié)回顧3、吸附劑的再生及方法：上節(jié)回顧在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附質將被吸附劑所吸附。吸附速度解吸速度當吸附速度和解吸速度相等時，流體中吸附質濃度不再改變時→→吸附平衡吸附劑吸附能力用吸附量q表示。

吸附平衡與平衡吸附量上節(jié)回顧在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)與固體吸附劑經長時間充分接觸后，吸附質在流體相和固體相中的濃度達到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。

2、吸附過程的方向和極限：吸附平衡關系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。若流體中吸附質濃度高于平衡濃度，則吸附質將被吸附，若流體中吸附質濃度低于平衡濃度，則吸附質將被解吸，最終達吸附平衡，過程停止。

3、吸附平衡的影響因素：單位質量吸附劑的平衡吸附量受到許多因素的影響，如吸附劑的物理結構(尤其是表面結構)和化學組成，吸附質在流體相中的濃度，操作溫度等。上節(jié)回顧1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線q=f(p,T)(9.3.1)上節(jié)回顧（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，L/kgk——和吸附劑種類、特性、溫度有關的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關p——吸附質氣相中的平衡分壓,Pa隨著p增大，吸附量q隨之增加。但p增加到一定程度后，q不再變化。Freundlich方程為經驗公式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實驗擬合結果。(9.3.2)上節(jié)回顧1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，2.朗格謬爾（langmuir)公式方程推導的基本假定：吸附劑表面性質均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子。吸附質在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質分子之間無作用力。上節(jié)回顧2.朗格謬爾（langmuir)公式吸附劑表面性質均一，每設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正比，可以表示為：kdθ

氣體的吸附速度與剩余吸附面積(1－θ)和氣體分壓成正比，可以表示為：kap(1－θ)

qm為吸附劑表面所有吸附點均被吸附質覆蓋時的吸附量，即飽和吸附量。(9.3.3)上節(jié)回顧設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子層吸附的Langmuir方程：

p——吸附質的平衡分壓，Paq,qm——分別為吸附量和單分子層吸附容量，L/kgk1——Langmuir常數(shù)，與吸附劑和吸附質的性質和溫度有關，該值越大表示吸附劑的吸附能力越強。(9.3.4)(9.3.5)上節(jié)回顧吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子3.BET公式由Brunaner,Emmett和Teller3人提出的。基于多分子層吸附，在Langmuir公式基礎上推導出來的。假設：吸附分子在吸附劑上是按各個層次排列的。吸附過程取決于范德華引力，吸附質可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。每一層吸附都符合Langmuir公式。上節(jié)回顧3.BET公式上節(jié)回顧p0——吸附質組分的飽和蒸氣壓qm——吸附劑表面完全被吸附質單分子層覆蓋時的吸附量kb——常數(shù)，與溫度、吸附熱和冷凝熱有關。BET公式中的參數(shù)qm和kb可以通過實驗測定。通常只適用于比壓（p/p0）約在0.05～0.35比壓小于<0.05，建立不起多層物理吸附平衡；比壓>0.35，毛細凝聚變得顯著，破壞多層物理吸附平衡。(9.3.6)上節(jié)回顧p0——吸附質組分的飽和蒸氣壓BET公式中的參數(shù)qm和kb可各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙組分總壓時的平衡吸附量qA、qB為混合氣體吸附平衡時吸附量(9.3.12)二、雙組分氣體吸附上節(jié)回顧各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；選擇最佳的吸附劑；吸附劑的最佳吸附條件；不同吸附劑的吸附特性對比；混合吸附質的競爭吸附比較。三、吸附模型的工程意義上節(jié)回顧由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；三、吸附模型的工程意義1.液相吸附的特點液相吸附的機理比氣相復雜。在吸附質發(fā)生吸附時，溶劑也有可能被吸附。影響因素包括：除溫度和溶質濃度外，溶劑種類、吸附質的溶解度和離子化、各種溶質之間的相互作用等。在溶劑的吸附作用忽略不計時，可以認為是單組分吸附。四、液相吸附第三節(jié)吸附平衡1.液相吸附的特點四、液相吸附第三節(jié)吸附平衡2.吸附等溫線測定方法：假設溶劑不被吸附，或者液體混合物是溶質的稀溶液測定溶液與吸附劑接觸前后的濃度變化第三節(jié)吸附平衡達到吸附平衡時：V：液體容積，m：吸附劑質量：吸附平衡時，液相中溶質濃度0：吸附前，液相中溶質濃度q=V(0-)/m2.吸附等溫線測定方法：第三節(jié)吸附平衡達到吸附平衡時：3.吸附等溫式Freundlich吸附等溫方程式：q——平衡吸附量，kg/kgk——和吸附劑種類、特性、溫度以及所用單位有關的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關——吸附質在液相中的平衡濃度,mg/L第三節(jié)吸附平衡(9.3.13)3.吸附等溫式Freundlich吸附等溫方程式：q——平第四節(jié)吸附機理

(1)外部擴散。吸附劑周圍的流體相中組分A擴散穿過流體膜到達固體吸附劑表面。(2)

內部擴散。組分A從固體表面進入其微孔道，在微孔道的吸附流體相中擴散到微孔表面。(3)

吸附。擴散到微孔表面的組分A分子被固體所吸附，完成吸附。(4)脫附。已被吸附的組分A分子，部分脫附，離開微孔道表面。(5)內反擴散。脫附的組分A分子從孔道內吸附流體相擴散到吸附劑外表面。

固體吸附顆粒在流體中吸附過程的示意圖：(6)外反擴散。組分A分子從外表面反擴散穿過流體膜，進入外界周圍的流體中，從而完成脫附。第四節(jié)吸附機理

(1)外部擴散。吸附劑周圍的流體相中組分（1）吸附質從流體主體擴散到吸附劑外表面——外擴散（2）吸附質由吸附劑的外表面向微孔中的內表面擴散——內擴散（3）吸附質在吸附劑的內部表面上被吸附

一般第(3)步的速度很快，吸附傳質速率主要取決于第(1)和(2)兩步。外擴散速度很慢——外擴散控制內擴散速度很慢——內擴散控制吸附劑從流體中吸附吸附質的傳質過程第四節(jié)吸附機理（1）吸附質從流體主體擴散到吸附劑外表面——外擴散一般第(3吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。外部擴散速度與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對運動速度，可提高速度孔隙擴散速度吸附劑顆粒越小，速度越快第四節(jié)吸附機理吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。外部擴散速度與影響吸附的因素衡量指標吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質量吸附劑在單位時間內所吸附的物質量第四節(jié)吸附機理影響吸附的因素衡量指標吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量吸附速率：

1、定義：

當含有吸附質的流體與吸附劑接觸時，吸附質將被吸附劑吸附，吸附質在單位時間內被吸附的量稱為吸附速率。吸附速率是吸附過程設計與生產操作的重要參量。

2、影響因素：

吸附速率與體系性質(吸附劑、吸附質及其混合物的物理化學性質)、操作條件(溫度、壓力、兩相接觸狀況)以及兩相組成等因素有關。第四節(jié)吸附機理吸附速率：第四節(jié)吸附機理吸附過程不同階段的吸附速率大?。?/p>

對于一定體系，在一定的操作條件下，兩相接觸、吸附質被吸附劑吸附的過程如下：⑴開始時，吸附質在流體相中濃度較高，在吸附劑上的含量較低，遠離平衡狀態(tài)，傳質推動力大，故吸附速率高。⑵過程中期，隨著過程的進行，流體相中吸附質濃度降低，吸附劑上吸附質含量增高，傳質推動力降低吸附速率逐漸下降，⑶末期平衡時，經過很長時間，吸附質在兩相間接近平衡，吸附速率趨近于零。

第四節(jié)吸附機理吸附過程不同階段的吸附速率大?。旱谒墓?jié)吸附機理一、接觸過濾吸附二、固定床吸附本節(jié)的主要內容第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線一、接觸過濾吸附本節(jié)的主要內容第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線吸附設備操作方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內進行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線吸附設備操作方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內進行攪一、接觸過濾吸附接觸過濾吸附是一種專門用于液體吸附的方法。將吸附劑與被處理的溶液加入到攪拌的吸附槽中，經過足夠的接觸時間后，將液體和吸附劑分離。操作方式可以分為單級吸附、多級吸附和逆流吸附等第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線一、接觸過濾吸附接觸過濾吸附是一種專門用于液體吸附的方法。操液體接觸過濾器示意圖活性炭染料廢水處理水第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線含鹽量較大的高色度有機廢水，無機鹽濃度為15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有機物主要是苯系、萘系化合物(BOD5/COD一般為0.02～0.2)，并具有很強的毒性液體接觸過濾器示意圖活性炭染料廢水處理水第五節(jié)吸附操作與吸（一）單級吸附G,0G,1L,x0L,x1

溶劑量G和吸附劑量L不變。根據(jù)質量守恒定律：G：溶劑量，m3；L：吸附劑量，kgx0,x1：吸附質在進、出吸附槽的吸附劑中的濃度，kg（吸附質）/kg（吸附劑）0,1：吸附質在進、出吸附槽的溶液中的濃度，kg（吸附質）/m3（溶劑）吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.1)（一）單級吸附G,0G,1L,x0L,x1溶劑過端點（x0,0）和（x1,1），斜率為－L/G的直線假設在該級操作中，固－液之間達到平衡，即為一個理論級，則（x1,1）點在平衡線上。01x0x1x操作線平衡線單級吸附操作線第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線過端點（x0,0）和（x1,1），斜率為－L/G的直如果吸附平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，則吸附平衡可表示為：

聯(lián)立操作線方程和平衡線方程，可求出固、液相的極限濃度x1,1。如何求出固、液相的極限濃度x1,1？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝k1/n(9.3.13)或已知x1,1，求固液比L/G：x0＝0時n>101x-L/G(9.5.2)如果吸附平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，則吸附平衡可表示為：（二）多級吸附G,0G,

1L1,x0L1,x1G,

2L2,x0L2,x2對于第1級：對于第2級：第1級第2級吸附劑第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.1)(9.5.1)（二）多級吸附G,0G,1L1,x0L1,x1

0

1x0x1x操作線平衡線x2

2A1A2如果吸附平衡可表示為：x0=0時，每一級都是理論級，即（x1,1）和（x2,2）都在平衡線上。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝k1/n(9.5.5)01x0x1x操作線平衡線x22A1A2如果吸對于最小吸附劑總用量，d[(L1+L2)/G]/d1＝0對于一定體系和分離要求，k,n,0及2為常數(shù)，則得：即當1符合上式時，總吸附劑用量為最小。由上式求出1,然后再計算各級所需要的吸附劑用量。吸附劑用量如何計算？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.6)對于最小吸附劑總用量，d[(L1+L2)/G]/d1＝0即（三）逆流多級吸附G,012mL,x1L,xm+1x2

x312m上式為逆流吸附操作線方程。理論級數(shù)，可通過在平衡線和操作線之間做階梯確定。吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線對第m級做物料衡算：(9.5.7a)以整個流程為體系，做吸附質的物料衡算：(9.5.7b)（三）逆流多級吸附G,012mL,x1L,xm0xm+1x1x操作線平衡線m理論級數(shù)：2理論級數(shù)的圖解法第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線0xm+1x1x操作線平衡線m理論級數(shù)：2理論級數(shù)的圖吸附劑量的計算過B點做不同斜率的操作線，求出最小吸附劑量。0xm+1x1xm0xm+1x1xm（L/G)min第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線（L/G)min吸附劑量的計算過B點做不同斜率的操作線，求出最小吸附劑量。若體系的平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，且所用的吸附劑不含吸附質，xm+1=0時，吸附劑用量可通過計算求得。以二級吸附為例：由該式可求得離開第1級的液相組成1，再求出吸附劑用量等其他參數(shù)。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.8)若體系的平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，且所用的吸附劑不含吸例.用活性炭吸附去除水中的色度，在20℃下得到如下吸附實驗數(shù)據(jù)。如果原水的色度為20色度單位/kg(原水)，要求吸附后色度為原來的2.5%，試問下列操作中處理1t原水需要多少活性炭；1.單級操作2.二級錯流，最小活性炭量3.二級逆流第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線活性炭/[kg.kg(原水)-1]00.0050.010.0150.020.03平衡時色度/[色度單位.kg(原水)-1]2010.663.421平衡時色度Y/[色度單位.kg(原水)-1]2010.663.421單位質量活性炭吸附色度/[kg.kg(C)-1]0188014001107900633lnY-2.361.791.220.690lnX-7.547.247.016.86.45例.用活性炭吸附去除水中的色度，在20℃下得到如下吸附實驗二、固定床吸附第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線優(yōu)點：結構簡單、造價低，吸附劑磨損少。缺點:1.操作麻煩，因是間歇操作，操作過程中兩個吸附器需不斷地周期性切換；2.單位吸附劑生產能力低，因備用設備雖然裝有吸附劑，但處于非生產狀態(tài)；3.固定床吸附劑床層尚存在傳熱性能較差，床層傳熱不均勻等缺點。二、固定床吸附第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線優(yōu)點：結構簡(一)穿透點和穿透曲線固定床吸附器吸附傳質過程示意圖吸附帶第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線在研究固定床吸附器在整個吸附操作過程中的變化時，是以流體等速通入床層，在流動狀態(tài)下觀察床層的濃度或流出物中吸附質的變化，(一)穿透點和穿透曲線固定床吸附器吸附傳質過程示意圖吸附帶第如果以床層離進口端長度為橫坐標,床層中吸附劑負荷為縱坐標，所繪制的吸附劑中所吸附的吸附質，沿床層不同高度的變化曲線稱為吸附負荷曲線。若以操作時間為橫坐標，以吸附器出口流出物中吸附質濃度為縱坐標，所繪制的流出物中吸附質濃度隨時間變化的曲線稱為透過曲線。如果以床層離進口端長度為橫坐標,床層中吸附劑負荷為縱坐標，所穿透曲線示意圖第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線穿透曲線示意圖第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線G:溶液流入速率（m3/(m2s)）0:溶液中溶質濃度（kg/m3）z:固定床吸附塔填充高度（m）B:穿透點濃度（kg/m3）E:穿透曲線終點濃度（kg/m3）B:出口處溶質濃度達到B時的流量(m3/m2)a:吸附區(qū)移動了吸附區(qū)高度za區(qū)間的流量(m3/m2)各符號的意義第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線G:溶液流入速率（m3/(m2s)）各符號的意義第五節(jié)吸B,E間被吸附的吸附質質量W(kg/m2)：吸附塔中的吸附區(qū)吸附劑全部被飽和時的吸附量為0a吸附區(qū)形成后吸附劑可吸附的吸附量與飽和吸附量之比f為：床層高度1.韋伯（Weber）法第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.10)(9.5.9)B,E間被吸附的吸附質質量W(kg/m2)：吸附塔中的吸附設床層的填充密度為ρb

(kg/m3)與0平衡的吸附濃度為x0(kg-溶質/kg-吸附劑)則吸附塔全部被飽和時的吸附量為zρbx0(kg/m2)穿透點的吸附量（kg/m2）為：穿透點吸附劑的飽和度為：第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(9.5.11)設床層的填充密度為ρb(kg/m3)第五節(jié)吸附操作與吸附假設吸附塔高度與吸附區(qū)高度相比足夠高，假設吸附區(qū)不動，吸附塔以一定速度與溶液流向相反的方向移動塔頂：吸附劑與溶液中的吸附質達到平衡。塔底：流出的溶液中吸附質濃度為0。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線對吸附塔做物料平衡：(9.5.12)假設吸附塔高度與吸附區(qū)高度相比足夠高，假設吸附區(qū)不動，吸附塔(1)常見的吸附分離設備和操作方式。(2)接觸過濾吸附中，單級吸附、多級吸附和多級逆流吸附的平衡線和操作線關系，畫示意圖說明。(3)接觸過濾多級逆流吸附最小吸附劑用量確定，畫示意圖說明。(4)接觸過濾多級逆流吸附中理論級數(shù)確定。(5)固定床吸附中，床層可以分區(qū)，各區(qū)域的特點。(6)簡述固定床吸附從開始到完全失去吸附能力的變化過程。(7)畫出固定床吸附的穿透曲線的示意圖，并在圖中標出穿透點、終點、剩余吸附量和飽和吸附量。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線(1)常見的吸附分離設備和操作方式。第五節(jié)吸附操作與吸附穿第九章吸附

第九章第九章吸附

第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第二節(jié)吸附劑第三節(jié)吸附平衡第四節(jié)吸附動力學第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線本章主要內容第九章吸附第一節(jié)吸附分離操作的基本概念本章主要內容吸附操作是通過多孔固體物質與某一混合組分體系（氣體或液體）接觸，有選擇地使體系中的一種或多種組分附著于固體表面，從而實現(xiàn)特定組分分離的操作過程。被吸附到固體表面的組分——稱為吸附質吸附吸附質的多孔固體——稱為吸附劑吸附質附著到吸附劑表面的過程——稱為吸附吸附質從吸附劑表面逃逸到另一相的過程——稱為解吸吸附過程發(fā)生在——“氣－固”或“液－固”非均相界面基本術語第一節(jié)吸附分離操作的基本概念吸附操作是通過多孔固體物質與某一混合組分體系（氣體或液體）接吸附分離過程的適用范圍：吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結合力強弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質使混合物中難吸附與易吸附組分分離。適宜的吸附劑對各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾、吸收等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質的去除。吸附操作條件比較容易實現(xiàn)。吸附操作缺點，主要是理論尚不夠完善成熟。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念吸附分離過程的適用范圍：第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按作用力性質分類：分物理吸附和化學吸附物理吸附：吸附質分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的，也稱為范德華吸附。吸附熱較小（放熱過程，吸附熱在數(shù)值上與冷凝熱相當），可在低溫下進行；過程是可逆的，易解吸；相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質；分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；可形成單分子吸附層或多分子吸附層。一、吸附分離操作的分類第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按作用力性質分類：分物理吸附和化學吸附一、吸附分離操作的分類化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質之間發(fā)生化學反應而引起的，其強弱取決于兩種分子之間化學鍵力的大小。如石灰吸附CO2→CaCO3

吸附熱大，一般在較高溫下進行；具有選擇性，單分子層吸附；化學鍵力大時，吸附不可逆。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質之間發(fā)生化學反應而⑴、化學吸附熱與化學反應熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化碳和氫在各種吸附劑上的化學吸附熱為83740J／mol和62800J／mol，而這兩種氣體的物理吸附熱約為25120J／mol和8374J／mol。⑵、化學吸附有較高的選擇性。如氯可以被鎢或鎳化學吸附。物理吸附則沒有很高的選擇性，它主要取決于氣體或液體的物理性質及吸附劑的特性。⑶、化學吸附時，溫度對吸附速率的影響較顯著，溫度升高則吸附速率加快，因其是一個活化過程，故又稱活化吸附。而物理吸附即使在低溫下，吸附速率也可能較大，因它不屬于活化吸附。⑷、化學吸附總是單分子層或單原子層，而物理吸附則不同，低壓時，一般是單分子層，但隨著吸附質分壓增大，吸附層可能轉變成多分子層。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念⑴、化學吸附熱與化學反應熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征表面能降低，為放熱反應；吸附無選擇性，分子引力隨分子量增大而增加；無化學反應發(fā)生。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化學吸附化學鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附按原料組成分類：大吸附量分離和雜質去除按分離機理分類：位阻效應、動力學效應和平衡效應第一節(jié)吸附分離操作的基本概念按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附第一節(jié)吸附分離操作二、吸附分離操作的應用吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣體或液體混合物中的某些組分進行大吸附量分離，也可以去除混合物中的痕量雜質。日常生活：木炭吸濕、吸臭；防腐劑；吸濕劑（硅膠）第九章第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念二、吸附分離操作的應用吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣

化工領域：產品的分離提純，如制糖品工業(yè)，用活性炭處理糖液，吸附其中雜質，得到潔白的產品。

環(huán)境領域：水：脫色脫臭，有害有機物的去除，金屬離子，氮、磷

空氣：脫濕，有害氣體，脫臭特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作的基本概念化工領域：特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作給水處理

嗅、味的吸附凈化；微量污染物的吸附凈化。廢水處理典型有機污染物的吸附回收(酚、苯等)；組合工藝的達標把關措施；應用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。給水處理應用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞煉油廠、印染廠廢水的深度處理

某煉油廠含油廢水，經隔油，氣浮和生物處理后，再經砂濾和活性炭過濾深度處理。

廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念煉油廠、印染廠廢水的深度處理某煉油廠含油廢水①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；②對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。

脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。氣體處理第一節(jié)吸附分離操作的基本概念①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過一、常用吸附劑的主要特性二、幾種常用的吸附劑本節(jié)的主要內容第二節(jié)吸附劑一、常用吸附劑的主要特性本節(jié)的主要內容第二節(jié)吸附劑吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小。選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。穩(wěn)定性好：吸附劑應具有較好的熱穩(wěn)定性，在較高溫度下解吸再生其結構不會發(fā)生太大的變化。同時，還應具有耐酸堿的良好化學穩(wěn)定性。適當?shù)奈锢硖匦粤畠r易得

具有一定吸附能力的多孔物質都可以作吸附劑.一、常用吸附劑的主要特性第二節(jié)吸附劑吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于二、重要吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二節(jié)吸附劑二、重要吸附劑第二節(jié)吸附劑（一）活性炭

活性炭是應用最為廣泛的吸附劑。是由煤或木質原料加工得到的產品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸稈等都可以加工成黑炭，經活化后制成活性炭。炭化：把原料熱解成炭渣，溫度：200－600度活化：形成發(fā)達的細孔。兩種辦法:氣體法：通入水蒸氣，溫度在800－1000度；藥劑法：加入氯化鋅、硫酸、磷酸等比表面積：500－1700m2/g第二節(jié)吸附劑（一）活性炭第二節(jié)吸附劑比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微孔所提供的比表面積基本上不起作用。活性炭細孔分布情況：

微孔：<2nm，占總比表面95％：主要支配吸附量過渡孔：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，影響吸附速度。第二節(jié)吸附劑比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微孔所提供的

活性炭的優(yōu)點：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學穩(wěn)定性好，解吸容易，在高溫下進行解吸再生時其晶體結構不發(fā)生變化，熱穩(wěn)定性高，經多次吸附和解吸操作，仍能保持原有的吸附性能。

活性炭常用于溶劑回收，溶液脫色、除臭、凈制等過程。是當前應用最普遍的吸附劑。第二節(jié)吸附劑活性炭的優(yōu)點：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學穩(wěn)定性好，（二）活性炭纖維活性炭纖維吸附能力比一般活性炭要高1～10倍。活性炭纖維分為兩種：(1)將超細活性炭微粒加入增稠劑后與纖維混紡制成單絲，或用熱熔法將活性炭粘附于有機纖維或玻璃纖維上，也可以與紙漿混粘制成活性炭紙。(2)以人造絲或合成纖維為原料，與制備活性炭一樣經過炭化和活化兩個階段，加工成具有一定比表面積和一定孔分布結構的活性炭纖維。第二節(jié)吸附劑（二）活性炭纖維第二節(jié)吸附劑

（三）硅膠是一種堅硬無定形鏈狀或網狀結構的硅酸聚合物顆粒硅膠的化學式：SiO2nH20用硫酸處理硅酸鈉水溶液，生成凝膠。水洗除去硫酸鈉后經干燥，便可得到玻璃狀的硅膠。硅膠是極性吸附劑，難于吸附非極性物質，易于吸附極性物質（如水、甲醇等）吸濕，高濕度氣體的干燥。

第二節(jié)吸附劑（三）硅膠第二節(jié)吸附劑（四）活性氧化鋁化學式：Al2O3nH2O含水氧化鋁加熱脫水制成的一種極性吸附劑。與硅膠相比，具有良好的機械強度比表面積約為200～300m2/g，對水分有極強的吸附能力。主要用于氣體和液體的干燥、石油氣的濃縮與脫硫的吸附。第二節(jié)吸附劑（四）活性氧化鋁第二節(jié)吸附劑（五）沸石分子篩每一種分子篩都有相對均一的孔徑，其大小隨分子篩種類的不同而異。強極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H2S等有很強的親和力，對氨氮的吸附效果好，而對有機物的親和力較弱。第二節(jié)吸附劑（五）沸石分子篩強極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結構。比表面約為800～1000m2/g。

這些骨架結構里面有空洞，即所謂“窗口”，窗口的尺寸就限制了可以進入的分子大小。比它小的分子可以進入，比它大的分子就被拒于“窗外”。這樣，它只能允許比其微孔孔徑小的分子吸附上去，比其大的分子則不能進入，有分子篩的作用，故稱為分子篩。第二節(jié)吸附劑具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結構。分子篩(合成沸石)一般可用式表示的含水硅酸鹽。其中M表示金屬離子，多數(shù)為鈉、鉀、鈣，也可以是有機胺或復合離子。n表示復合離子的價數(shù)，y和w分別表示SiO4和H2O的分子數(shù)，y又稱為硅鋁比，硅鋁比為2左右的稱為A型分子篩，3左右的稱為X型分子篩，3以上稱為Y型分子篩。根據(jù)原料配比、組成和制造方法不同，可以制成不同孔徑(一般從3?到8?)和形狀(圓形、橢圓形)的分子篩。分子篩是極性吸附劑，對極性分子，尤其對水具有很大的親和力。由于分子篩突出的吸附性能，使得它在吸附分離中有著廣泛的應用，主要用于各種氣體和液體的干燥，芳烴或烷烴的分離及用作催化劑及催化劑載體等。第二節(jié)吸附劑分子篩(合成沸石)一般可用式表示的含水硅酸鹽。其中吸附劑的選擇如何選擇適宜的吸附劑？——需要根據(jù)被分離對象、分離條件和吸附劑本身的特點確定——需要進行試驗研究第二節(jié)吸附劑吸附劑的選擇如何選擇適宜的吸附劑？第二節(jié)吸附劑3、吸附劑的再生及方法：當吸附進行一定時間后吸附劑的表面就會被吸附物所覆蓋，使吸附能力急劇下降，此時就需將被吸附物脫附，使吸附劑得到再生。吸附劑的再生，即吸附劑脫附，通常采用的方法：提高溫度或降低吸附質在氣相中的分壓，這樣的結果：吸附質將以原來的形態(tài)從吸附劑上回到氣相或液相，這種現(xiàn)象稱為“脫附”，所以物理吸附過程是可逆的。吸附分離過程正是利用物理吸附的這種可逆性來實現(xiàn)混合物的分離。第二節(jié)吸附劑3、吸附劑的再生及方法：第二節(jié)吸附劑降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關。壓力高，吸附進行得快，脫附進行得慢。當壓力降低時，脫附現(xiàn)象開始顯著。所以操作壓力降低后，被吸附的物質就會脫離吸附劑表面返回氣相。有時為了脫附徹底，甚至采用抽真空的辦法。

這種改變壓力的再生操作，在變壓吸附中廣為應用。如吸附分離高純度氫，先是在1.37～4.12MPa壓力下吸附，然后在常壓下脫附，從而可得到高純度氫，吸附劑也得到再生。變壓吸附

——根據(jù)系統(tǒng)操作壓力變化不同，變壓吸附循環(huán)可以是常壓吸附、真空解吸，加壓吸附、常壓解吸，加壓吸附、真空解吸等幾種方法。

第二節(jié)吸附劑降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關。壓力高，吸附進行得快，脫(2)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學觀點可知，溫度降低有利于吸附，溫度升高有利于脫附。這是因為分子的動能隨溫度的升高而增加，使吸附在固體表面上的分子不穩(wěn)定，不易被吸附劑表面的分子吸引力所控制，也就越容易逸入氣相中去。

變溫吸附——吸附操作通常是在低溫下進行，然后提高操作溫度使被吸附組分脫附。通常用水蒸汽直接加熱吸附劑使其升溫解吸，解吸物與水蒸汽冷凝后分離。吸附劑則經間接加熱升溫干燥和冷卻等階段組成變溫吸附過程，吸附劑循環(huán)使用。

第二節(jié)吸附劑(2)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學觀點可知，溫度降低

(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸附劑床層，進行吹掃，以降低吸附劑上的吸附質分壓，從而達到脫附。當吹掃氣的量一定時，脫附物質的量取決于該操作溫度和總壓下的平衡關系。

第二節(jié)吸附劑(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸

(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當該流體被吸附劑吸附的程度較吸附質弱時，通入的流體就將吸附質置換與吹掃出來，這種流體稱為脫附劑。

如果通入的脫附劑，其被吸附程度比吸附質強時，則純屬置換脫附，否則就兼有吹掃作用。脫附劑被吸附的能力越強，則吸附質脫附就越徹底。這種脫附劑置換脫附的方法特別適用于熱敏性物質。當然，采用置換脫附時，還需將脫附劑進行脫附。

溶劑置換

在恒溫恒壓下，已吸附飽和的吸附劑可用溶劑將床層中已吸附的吸附質沖洗出來，同時使吸附劑解吸再生。常用的溶劑有水、有機溶劑等各種極性或非極性物質。第二節(jié)吸附劑(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當該流體被吸附劑一、單組分氣體吸附二、雙組分氣體吸附三、液相吸附本節(jié)的主要內容第三節(jié)吸附平衡一、單組分氣體吸附本節(jié)的主要內容第三節(jié)吸附平衡在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附質將被吸附劑所吸附。吸附速度解吸速度當吸附速度和解吸速度相等時，流體中吸附質濃度不再改變時→→吸附平衡吸附劑吸附能力用吸附量q表示。

吸附平衡與平衡吸附量第三節(jié)吸附平衡在一定條件下，當流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)與固體吸附劑經長時間充分接觸后，吸附質在流體相和固體相中的濃度達到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。

2、吸附過程的方向和極限：吸附平衡關系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。若流體中吸附質濃度高于平衡濃度，則吸附質將被吸附，若流體中吸附質濃度低于平衡濃度，則吸附質將被解吸，最終達吸附平衡，過程停止。

3、吸附平衡的影響因素：單位質量吸附劑的平衡吸附量受到許多因素的影響，如吸附劑的物理結構(尤其是表面結構)和化學組成，吸附質在流體相中的濃度，操作溫度等。第三節(jié)吸附平衡1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當流體(氣體或液體)（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線第三節(jié)吸附平衡q=f(p,T)(9.3.1)（一）吸附平衡理論一、單組分氣體吸附不同溫度下NH3在木炭上1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，L/kgk——和吸附劑種類、特性、溫度有關的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關p——吸附質氣相中的平衡分壓,Pa隨著p增大，吸附量q隨之增加。但p增加到一定程度后，q不再變化。Freundlich方程為經驗公式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實驗擬合結果。第三節(jié)吸附平衡(9.3.2)1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q——平衡吸附量，弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：對吸附等溫式兩邊取對數(shù)：k

雙對數(shù)坐標1/n1/n越小，說明吸附可在相當寬的濃度范圍下進行。一般認為1/n=0.1–0.5時容易吸附第三節(jié)吸附平衡弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：k雙對數(shù)坐標1/n1/n2.朗格謬爾（langmuir)公式方程推導的基本假定：吸附劑表面性質均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子。吸附質在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質分子之間無作用力。第三節(jié)吸附平衡2.朗格謬爾（langmuir)公式吸附劑表面性質均一，每設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正比，可以表示為：kdθ

氣體的吸附速度與剩余吸附面積(1－θ)和氣體分壓成正比，可以表示為：kap(1－θ)

qm為吸附劑表面所有吸附點均被吸附質覆蓋時的吸附量，即飽和吸附量。第三節(jié)吸附平衡(9.3.3)設吸附表面覆蓋率為θ，則θ可以表示為：氣體的脫附速度與θ成正吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子層吸附的Langmuir方程：

p——吸附質的平衡分壓，Paq,qm——分別為吸附量和單分子層吸附容量，L/kgk1——Langmuir常數(shù)，與吸附劑和吸附質的性質和溫度有關，該值越大表示吸附劑的吸附能力越強。第三節(jié)吸附平衡(9.3.4)(9.3.5)吸附達到平衡時，吸附速度與脫附速度相等，則：整理后可得單分子如何求解langmuir公式參數(shù)？1/p1/q1/qm1/(k1qm)或第三節(jié)吸附平衡公式變換得：如何求解langmuir公式參數(shù)？1/p1/q1/qm1/(例題9.3.1273.15K時，1g活性炭在不同壓力下吸附氮氣的體積如下表所示（已換算成標準狀態(tài)下的體積），試證明氮氣在活性炭上的吸附服從Langmuir等溫方程式，并求吸附常數(shù)。第三節(jié)吸附平衡p/Pa523.91730.23057.94533.57495.5q/(mL.g-1)0.9873.045.087.0410.31例題9.3.1273.15K時，1g活性炭在不同壓力下吸附當p很小時，則：q=k1qmp呈亨利定律，即吸附量與氣體的平衡分壓成正比。當p時，

q=qm此時，吸附量與氣體分壓無關，吸附