吸附法净化气态污染物

1、污染控制化学王晓红3.1 概述3.2 吸附剂3.3 吸附理论 吸附法净化气态污染物3.1 概述概述（1）吸附的概念）吸附的概念 吸附吸附(Adsorption) :由于固体表面上存在着分子引力或化学键力，能吸附分子并使其浓集在固体表面上的现象。 吸附剂吸附剂(Adsorbent)：具有吸附作用的固体物质。 吸附质吸附质：被吸附的物质。 3.1 概述 物理吸附物理吸附：吸附剂和吸附质之间的作用力是范德华力（或静电引力） 。 特点特点：吸附剂和吸附质之间不发生化学反应；吸附过程进行较快，参与吸附的各相之间迅速达到平衡；物理吸附是一种放热过程，其吸附热较小，相当于被吸附气体的液化热或升华热，一般为2

2、0kJ/mol左右；吸附过程可逆，无选择性。 3.1 概述 化学吸附化学吸附：吸附剂和吸附质之间的作用力是化学键 。 特点：特点：吸附剂和吸附质之间发生化学反应，并在吸附剂表面生成一种化合物；化学吸附过程一般进行缓慢，需要很长时间才能达到平衡；化学吸附也是放热过程，但吸附热比物理吸附热大得多，相当于化学反应热，一般在84417kJ/mol；具有选择性，常常是不可逆的。3.1 概述主要特征物理吸附化学吸附吸附力分子间力化学键力选择性不明显很明显吸附热近于液化热近于反应热吸附速度快且易平衡慢且不易平衡吸附层单分子或多分子单分子物理吸附与化学吸附对比（2）吸附过程）吸附过程外扩散外扩散：吸附剂外围空

3、间的气体吸附质分子穿过气膜，扩散到吸附剂表面的过程 内扩散内扩散：吸附质分子进入吸附剂微孔中并扩散到内表面的过程。 吸附吸附：经过外扩散和内扩散到达吸附剂内表面的吸附质分子被吸附在内表面的过程。 脱附脱附：部分被吸附的分子离开吸附剂的内表面和外表面，进入气膜层，并反扩散到气相主体中的过程。 3.1 概述3.1 概述（3）影响吸附的因素）影响吸附的因素 操作条件的影响温度、压力、流速物理吸附：在低温下对吸附有利；化学吸附：提高温度对吸附有利。从理论上讲，增加压力对吸附有利，但压力过高不仅增加能耗，而且在操作方面需要更高的要求，在实际工作中一般不提倡。当流速过大时，气体分子与吸附剂接触时间短，对吸

4、附不利。若流速过小，处理气体的量相应变小，又会使设备增大。3.1 概述吸附剂性质的影响 吸附质的总量随吸附剂表面积的增加而增加。吸附剂的孔隙率、孔径、颗粒度等均影响比表面积的大小。 吸附质性质的影响 除吸附质分子的临界直径外，吸附质的分子量、沸点和饱和性等也对吸附量有影响。吸附质浓度的影响 吸附质浓度越高，吸附量越大。3.1 概述（4）吸附法的特点）吸附法的特点 吸附法净化气态污染物的优点： 净化效率高； 能回收有用组分； 设备简单，流程短，易于实现自动控制； 无腐蚀性，不会造成二次污染。 可以使用吸附法净化的气态污染物有：低浓度的SO2烟气、NOx、H2S、含氟废气、酸雾、含铅及含汞废气、恶

5、臭、沥青烟及碳氢化合物等。 3.1 概述（1）吸附剂的种类和性质 活性炭 活性炭是一种具有非极性表面、疏水性和亲有机物的吸附剂，常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂（如苯、甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛等），还可以用来分离某些烃类气体，以及用来脱臭等。活性炭的主要缺点是具有可燃性，使用温度一般不超过200。 3.2 吸附剂 炭分子筛是最新发展的一种孔径均一的新品种，具有良好的选择性。 活性炭纤维是一种新型的高效吸附剂，它是用超细的活性炭微粒与各种纤维素、人造丝、纸浆等混合制成各种不同类型的纤维状活性炭。微孔范围在0.51.4nm，比表面积大，有较大的吸附量和较快的吸附速率。主要用于吸附各种无机和有

6、机气体、水溶性的有机物、重金属离子等，特别对一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍。 3.2吸附剂活性氧化铝 活性氧化铝是由氧化铝的水合物加热脱水而形成的多孔物质，其晶格构型分为型、型和中间型，其中起吸附作用的主要是型。活性氧化铝吸附极性分子，无毒，机械强度大，不易膨胀，比表面积大，宜在200250下再生，常用于石油气的脱硫及含氟废气的净化。 3.2吸附剂硅胶 硅胶是用硅酸钠与酸反应生成硅酸凝胶（SiO2nH2O），然后在115130下烘干、破碎、筛分而制成各种粒度的产品。硅胶具有很好的亲水性，当用硅胶吸附气体中的水分时，能放出大量的热，使硅胶容易破碎，但吸附量很大，可达自身重量的50。

7、在工业上主要用于气体的干燥和从废气中回收烃类气体，也可用作催化剂的载体。 3.2吸附剂（2）吸附剂的选择 对吸附剂的基本要求： 大的比表面积和孔隙率； 良好的选择性； 易于再生 机械强度大，化学稳定性强，热稳定性好； 原料来源广泛，价格低廉。 3.2吸附剂3.2吸附剂活性炭上易于再生的物质苯、甲苯、混合二甲苯、氯苯；甲醇、乙醇、丁纯、异丙醇；酮类、脂肪烃、芳香烃；乙酸乙脂、乙酸丁脂、乙酸戊脂；二硫化碳、四氯化碳、四氢呋喃、汽油等活性炭上难以再生的物质丙烯酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸异丁脂、丁酸、二丁胺、二乙撑三胺、甲基乙基吡啶（3）吸附剂的再生 升温再生 降压再生 吹扫再生 置换再生 化

8、学再生 3.2吸附剂(a)吸附吸附(b)解吸解吸吸附平衡吸附平衡 吸附过程是一种可逆过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的物质由于分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去。当吸附速度与脱附速度相等时，就达到了吸附平衡。 吸附量：指在一定条件下单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量，用kg吸附质吸附质/kg吸附剂吸附剂来表示，也可以用质量百分数表示。它是衡量吸附剂吸附能力的重要物理量，因此在工业上被称为吸附剂的活性吸附剂的活性。 3.3 吸附理论吸附理论 静活性静活性(静态吸附量) 在一定温度下，与气相中吸附质的初始浓度达平衡的最大吸附量。 动活性动活性 气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的逐渐接近

9、饱和，吸附质最终不能全部被吸附，当流出气体中出现吸附质时，即认为此时吸附剂已失效，这样计算出来的单位吸附剂所吸附的吸附质的量称为动活性。 动活性永远小于静活性。在多数情况下不允许吸附质逸出吸附床层，因此在计算吸附剂用量时，要按动活性来计算。3.3 吸附理论吸附理论吸附等温线吸附等温线（1）郎格缪尔（）郎格缪尔（Langmuir）吸附等温式）吸附等温式四个基本假设：吸附是单分子层的；固体表面是均匀的，固体表面上各个晶体位置的吸附能力是相同的，每个位置上只能吸附一个分子；被吸附在固体表面上的分子相互之间没有作用力；吸附平衡是动态平衡。3.3 吸附理论吸附理论3.3 吸附理论吸附理论Addkr)1

10、(AAaaPkr 假设A为任一瞬间固体表面被分子覆盖的表面，称为覆盖率；未被覆盖部分的分率为（1-A）。 在一定条件下，吸附速率ra与固体表面未覆盖部分的分率（1-A）和吸附质的分压PA成正比，以ka和kd分别代表吸附与解吸的速率常数。吸附速率方程为：解吸速率为：3.3 吸附理论吸附理论 ) -(1PAdAAkkaAAAkPkP1达到吸附平衡时，两个速率应相等，ra=rd 朗格缪尔吸附等温方程式：它是温度的函数，表征了固体表面对气体组分A吸附能力的强弱程度，因而它是一个吸附的特征值。3.3 吸附理论吸附理论（2）Freundlich 吸附等温式napmxq1pnamxqlg1lglglgq单位吸附剂在吸附平衡时的饱和吸附量，kg/kg或m3/kg；x被吸附组分的量，m3或kg；m吸附剂的量，kg；p被吸附组分的浓度或分压；a, n经验常数，由实验确定。常用于低浓度气体的吸附。3.3 吸附理论吸附理论（3）B.E.T多分子层吸附四个基本假设：第一层是吸附质分子和吸附剂表面直接借助吸附力而结合在表面上。第二层以上的吸附热等于吸附质汽化热或