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第章气态污染物控制技术.ppt

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第七章 气态污染物控制技术基础(2) 气体吸附 吸附过程 吸附剂 吸附机理 吸附工艺与设备计算 第三节 气体吸附 3.1 吸附过程 吸附过程 用多孔性固体物质处理流体混合物,使流体混合物中所含的一种或几种组分浓集在固体物质表面,从而使它与其它组分分开的过程称为吸附。 吸附质 在吸附过程中,被吸附到固体表面的物质称为吸附质 吸附剂 吸附质附着于其上的固体物质称为吸附剂。 优点:效率高、可回收、设备简单 由于吸附剂往往具有高的选择性和高的分离效果,所以吸附法净化气态污染物的最大特点是净化效率高。 缺点:吸附容量小、设备体积大 吸附过程微观示意图 3.2 物理吸附与化学吸附 吸附作用只发生在物质的表面上,这是由于固体表面存在着剩余的吸引力而引起的。根据吸附剂和吸附质之间发生吸附作用的力的性质,通常将吸附分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附 物理吸附亦称范德华吸附,它是由于吸附剂与吸附质分子之间的静电力或范德华引力而引起的。例如:P262… 物理吸附具有如下四大特点: 物理吸附通常是放热过程,但放热不大(大约为20KJ/mol左右),且是可逆过程,因此,吸附速率受温度的影响很大,随温度的升高而显著变慢; 只取决于气体的物理性质和吸附剂的特点,选择性不强; 物理吸附的吸附速率很快,有时即使在低温度条件,吸附速率也相当快; 低压下物理吸附的吸附层一般是单分子层,随着吸附质的气压增大,吸附层可变为多分子层。 物理吸附与化学吸附(续) 化学吸附 化学吸附又称活性吸附,它是由于吸附剂表面与吸附质的分子之间的化学反应力而引起的。化学吸附涉及到吸附剂分子与吸附质分子的化学键的破坏和重新结合,因此化学吸附过程的吸附热比物理吸附过程大,其数量相当于化学反应热。 化学吸附具有如下特点: 化学吸附有很强的选择性,仅能吸附参与化学反应的某些气体; 化学吸附速率受温度的影响很大,随温度的升高而显著变快; 化学吸附的吸附热比物理吸附大,与化学反应热接近; 化学吸附是单分子层或单原子层吸附; 化学吸附一般是不可逆的,比较稳定,被吸附的气体不易脱附。 物理吸附和化学吸附(续) 物理吸附和化学吸附(续) 同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时,发生化学吸附 3.3 吸附剂 工业吸附剂需具备的特性 内表面积大 具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛,造价低廉 良好的再生性能 常用吸附剂特性 常用吸附剂特性 分子筛特性 3.4 吸附催化和吸附浸渍 吸附催化 在吸附过程中,吸附剂可同时将污染气体中的两种以上的物质浓集在表面上,使吸附质分子的化学键松驰,更易于发生化学反应。 例如,活性炭吸附剂能将烟气中的二氧化硫和氧同时吸附,使之发生氧化反应生成三氧化硫,在有水蒸气存在的情况下生成硫酸。用水从活性炭表面上洗去三氧化硫和硫酸,便可达到去除烟气中二氧化硫的目的。 同样,活性炭也可用来将废气中的CO变为CO2,NO变为NO2而再设法除去。在这种情况下,吸附剂起到了催化剂的作用,这种过程称为吸附催化。 吸附催化和吸附浸渍(续) 吸附浸渍 如果吸附剂预先吸附了一种物质,然后再去吸附某种有害气体,两者在吸附剂表面上发生化学反应,这种处理过程称为吸附浸渍。 例如,用吸附了氯的活性炭去净化含汞废气,使汞和氯在吸附剂表面上生成氯化汞,从而使废气得到净化。 又如,用吸附了溴的活性炭可吸附空气中的乙烯,使乙烯与溴生成1.2双溴乙烷,从而使空气得到净化。再如,以Zn、Fe和Cu的氧化物载于活性炭上,可净化一般用吸附法难于脱净的含硫有机物废气。吸附浸渍的优点在于吸附剂表面发生物理吸附的同时,还发生了污染物参加的化学反应或催化反应,过程的净化效果与速率得以提高,且吸附容量增大了。因此吸附浸渍广泛用于废气处理。 3.5 气体吸附的影响因素 操作条件 低温有利于物理吸附;高温利于化学吸附 增大气相压力利于吸附 气体吸附的影响因素(续) 典型吸附质分子的横截面积 气体吸附的影响因素(续) 吸附质性质、浓度 临界直径-吸附质不易渗入的最大直径 吸附质的分子量、沸点、饱和性 吸附剂活性 单位吸附剂吸附的吸附质的量 静活性-吸附达到饱和时的吸附量 动活性-未达到平衡时的吸附量 常见分子的临界直径 3.6 吸附剂的再生 吸附剂再生的方式 吸附剂的再生(续) 对于纯物理吸附过程而言,吸附剂的再生较为简单,由于物理吸附是可逆的,只需将吸附热重新转给吸附剂,就能去除吸附质,这个过程称为解吸。 在很多情况下,吸附质分子与吸附剂表面之间不仅有物理力,而
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