第六章-吸附分离.ppt

第六章 吸附分离技术和理论 6.1 吸附分离介质 6.2 吸附平衡理论 6.3 吸附过程传质动力学 6.4 固定床吸附 6.5 固定床吸附过程理论 6.6 膨胀床吸附 6.7 移动床和模拟移动床吸附 6.8 搅拌釜吸附 吸附（adsorption） 溶质从液相或气相转移到固相的过程。 利用固体吸附的原理从液体或气体中除去有害成分或分离回收有用目标产物的过程称为吸附操作。 马王堆中有木炭，可能用于吸湿和防腐? ... 冰箱中除臭，活性炭。 工业应用，产品分离、脱色。 吸附种类：物理吸附、化学吸附、离子交换 物理吸附 吸附剂和吸附物通过分子间力（范德华力）产生吸附作用。可逆，吸附的同时，被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，称为解吸。由于分子力的普遍存在，一种吸附剂可吸附多种物质，没有严格的选择性。但由于吸附物性质不同，吸附量有差别。 化学吸附 由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，发生化学反应而产生的，属于库仑力范围。化学吸附的选择性较强，即一种吸附剂只对某种或几种特定物质有吸附作用。吸附后较稳定，不易解吸。化学吸附与吸附剂的表面化学性质以及吸附物的化学性质直接相关。 离子交换(ion exchange) 吸附剂表面如为极性分子或离子所组成，则它会吸引溶液中带相反电荷的离子，同时在吸附剂和溶液间发生离子交换（电荷转移），即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等量的离子于溶液中，离子的电荷是交换吸附的决定因素。 脱附（desorption） 物理吸附和离子交换可通过调节pH或提高离子强度的方法洗脱。化学吸附需要采用能破坏化学键合的化学试剂进行脱附。 6.1 吸附分离介质 按吸附剂的孔道结构区分 吸附剂 活性炭，硅胶，氧化铝，硅藻土，大网格聚合物吸附剂。 活性炭是一种吸附能力很强的非极性吸附剂，其吸附作用在水溶液中最强，在有机溶剂中较弱，吸附能力的顺序如下：水乙醇甲醇乙酸乙酯丙酮氯仿。可在水中吸附溶质，用有机溶剂洗脱。能吸附一些色素、有味物质、酸、碱、盐和热原等，能改善溶液的澄清度。活性炭是一种强吸附剂，对气体的吸附力和吸附量都很大，气体分子占据了活性炭的表面，会造成活性炭“中毒”，使其活力降低，因此使用前可加热烘干，以除去大部分气体。活性炭在酸性溶液中吸附能力大。 与活性炭等经典吸附剂相比，大网格聚合物吸附剂具有选择性好，解吸容易，机械强度好，可反复使用和流体阻力较小等优点。其孔隙小、骨架结构和极性可按照需要，选择不同原料和合成条件而改变，因此可适用于吸附各种有机化合物。发展较快，应用较广。 苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其侧链进行改造也可成为离子交换介质。 孔径和比表面积是评价吸附剂性能的重要参数。一般来说，孔径越大，比表面积越小。比表面积直接影响溶质的吸附容量，而适当的孔径有利于溶质在空隙中的扩散，提高吸附容量和操作速度。 离子交换剂（ion exchanger） 也称离子交换树脂。 由三部分组成：不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架；与骨架相连的功能基团；与功能基团所带电荷相反的可移动的离子。 可以把离子交换树脂看作固体的酸或碱。 阴离子交换剂anion exchanger：可交换阴离子，活性基团为碱性。如有机胺。 阳离子交换剂cation exchanger：可交换阳离子，活性基团为酸性。如羧基和磺酸基。 功能团的电离程度决定了树脂的酸性或碱性的强弱。根据具有离子交换能力的pH范围不同，分为强酸性阳离子、弱酸性阳离子交换剂，强碱性阴离子、弱碱性阴离子交换剂。 强酸性阳离子交换剂 一般以磺酸基-SO3H作为活性基团，其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时pH一般没有限制。 弱酸性阳离子交换剂 可以以羧基-COOH、酚羟基-OH为活性基团。电离程度小，其交换性能和溶液的pH有很大关系。在酸性溶液中，这类树脂几乎不能发生交换反应，交换能力随溶液的pH增加而提高。和氢离子结合能力很强，故再生成氢型较容易，耗酸量少。 强碱性阴离子交换剂 一种含三甲胺基称为强碱I型，另一种含二甲基-β-羟基-乙基胺基团，称为II型。对使用的pH范围没有限制。 弱碱性阴离子交换剂 功能团可以是伯胺基-NH2、仲胺基=NH、叔胺基≡N和吡啶等。其交换能力随pH变化而变化，pH越低，交换能力越大。与OH离子结合能力较强，易再生成羟型，耗碱量少。 离子交换容量：单位质量或单位体积的离子