第五章有害气体吸附

1、有害气体的吸附净化概述n吸附（定义）一种物质从一种物质从一相一相转移到转移到另外一相另外一相的现象称为吸附的现象称为吸附固固液界面上的吸附：液界面上的吸附：吸附剂：吸附剂：具有吸附能力的固体物质。具有吸附能力的固体物质。吸附质：吸附质：被吸附的物质。被吸附的物质。物质从物质从流体相流体相浓缩到浓缩到固体固体表面表面 吸附法：吸附法： 是一种常用的净化方法。是一种常用的净化方法。它是利用一些它是利用一些固态物质对气体的吸附能力来除去废气中固态物质对气体的吸附能力来除去废气中某些有害组分，从而达到净化目的。某些有害组分，从而达到净化目的。 吸附技术广泛应用于吸附技术广泛应用于工业气体的净化工业气体

2、的净化过程过程，以及有毒气体的，以及有毒气体的个人防护过程个人防护过程。待分离的料液待分离的料液通入吸附剂通入吸附剂吸附质被吸附吸附质被吸附在吸附剂表面在吸附剂表面料液流出料液流出吸附质解吸吸附质解吸吸附剂再生吸附剂再生典型的吸附过程包括四个步骤：吸附: 典型的表面现象吸附剂吸附剂吸附质吸附质脱附：吸附的逆过程脱附：吸附的逆过程- 7 -木炭木炭（吸附剂）的历史（吸附剂）的历史(1)(1)公元前公元前15501550年，埃及有作为年，埃及有作为医用医用的记载；的记载； (2)(2)公元前公元前460-359460-359年，希腊医生年，希腊医生HippocrateHippocrate用以用以

3、治羊癫疯；治羊癫疯；(3) 1518-1593(3) 1518-1593年，中国李时珍的年，中国李时珍的本草纲目本草纲目中提及中提及 用于治病；用于治病； (4) 1993(4) 1993年有外电报道用于溃疡；年有外电报道用于溃疡； (5) 1794(5) 1794年，英国有家糖厂用于年，英国有家糖厂用于加速脱色加速脱色。 (6)(6)中国汉代将木炭用于墓穴中的中国汉代将木炭用于墓穴中的防腐防腐。（长沙马王。（长沙马王堆）堆）上述例证应用的都是木炭，不是上述例证应用的都是木炭，不是活性炭活性炭- 8 -一战（一战（1914191819141918）德国使用毒气（氯气）德国使用毒气（氯气）俄罗斯

4、捷林斯基（俄罗斯捷林斯基（1861195318611953年）年） 发明了第一个通用的发明了第一个通用的木炭防毒面具木炭防毒面具。活性炭活性炭：主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材：主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等。这些料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。具有热解作用被转换成活性炭。具有较高的吸附能较高的吸附能力力。- 9 -木炭木炭油脂脱色油脂脱色活性炭活性炭过滤式防过滤式防毒面具毒面具消防消防防毒面具防毒面具概述概述n吸附的特点：吸附的特

5、点：（1 1） 不用或少用有机溶剂不用或少用有机溶剂（2 2） 操作简便，安全操作简便，安全（3 3） 生产过程生产过程pHpH变化小变化小（4 4） 从稀溶液分离溶质从稀溶液分离溶质（5 5） 吸附剂对溶质的作用小吸附剂对溶质的作用小（6 6） 吸附平衡为非线性吸附平衡为非线性 （7 7）选择性差）选择性差吸附过程理论基础n基本概念基本概念吸附剂：吸附剂：表面上能发生吸附作用的固体表面上能发生吸附作用的固体吸附物：吸附物：被吸附的物质被吸附的物质多孔吸附剂：多孔吸附剂：外表面与内表面组成外表面与内表面组成非多孔吸附剂：非多孔吸附剂：比表面取决于外表面比表面取决于外表面吸附作用：吸附作用：物质

6、从流体相浓缩到固体表面物质从流体相浓缩到固体表面吸附过程理论基础(1)(1)物理吸附物理吸附：溶质与吸附剂之间由于范德华力而产生的吸附。 (2)(2)化学吸附化学吸附：溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物。(3)(3)交换吸附：交换吸附：溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子。吸附的分类吸附的分类固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表固体表面分子所受力是不对称的面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作向内的一面受内部分子的作用力较大用力较大，而表面向外一面所

7、受的作用力较小，而表面向外一面所受的作用力较小，因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。 图图21-1界面上分子和内部分子所受的力界面上分子和内部分子所受的力吸附过程理论基础n吸附的类型吸附的类型（1 1） 物理吸附物理吸附: : 放热小，可逆，单分子层或放热小，可逆，单分子层或多分子层，选择性差多分子层，选择性差（2 2） 化学吸附化学吸附: : 放热量大，单分子层，选择放热量大，单分子层，选择性强性强（3 3） 交换吸附交换吸附: : 吸附剂吸附后同时放出等量

8、吸附剂吸附后同时放出等量的离子到溶液中的离子到溶液中吸附过程理论基础- 16 -物理吸附物理吸附 固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间的引力，即的引力，即范德华力范德华力。产生物理吸附的原因是分子间。产生物理吸附的原因是分子间的引力。的引力。 物理吸附主要特征为：物理吸附主要特征为：固体表面与被吸附的气体之间固体表面与被吸附的气体之间不发生化学反应不发生化学反应；对吸附的气体没有选择性，对吸附的气体没有选择性，可吸附一切气体可吸附一切气体；既可以是既可以是单分子层单分子层吸附也可形成吸附也可形成多分子层吸附多分子层吸附；吸附过程为吸附过程为放热过程放

9、热过程。- 17 -物理吸附分离原理大体上可分为以下四种类型物理吸附分离原理大体上可分为以下四种类型：n1 1）选择性吸附。）选择性吸附。n 吸附力为固体表面的原子或基团与外来分子间的吸附力为固体表面的原子或基团与外来分子间的引力，本质是范德华力。吸附力的大小与引力，本质是范德华力。吸附力的大小与表面和分子表面和分子两者的性质有关两者的性质有关。这些性质的差异引起了吸附力的差。这些性质的差异引起了吸附力的差异，这就是选择性吸附。异，这就是选择性吸附。 n2 2）分子筛效应。）分子筛效应。n 多孔固体的微孔孔径是均一的，而且与分子多孔固体的微孔孔径是均一的，而且与分子尺寸尺寸相当相当。小于微孔孔

10、径的分子可以进入微孔而被吸附，。小于微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外，这种现象称为比孔径大的分子则被排斥在外，这种现象称为分子筛分子筛效应效应。 - 18 -n3）通过微孔的扩散。通过微孔的扩散。n 气体在多孔固体中的气体在多孔固体中的扩散速率扩散速率与气体的性质、吸与气体的性质、吸附剂材料的性质以及微孔尺寸等因素有关。利用扩散附剂材料的性质以及微孔尺寸等因素有关。利用扩散速率的差别可以将混合物分离。速率的差别可以将混合物分离。 n4 4）微孔中的凝聚。）微孔中的凝聚。n 毛细管中液体曲面上的蒸气压与其正常蒸气压不毛细管中液体曲面上的蒸气压与其正常蒸气压不同。多数

11、情况下毛细管上的可凝气体会在小于其正常同。多数情况下毛细管上的可凝气体会在小于其正常蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。在一定温度下凝聚蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。在一定温度下凝聚压力与毛细管半径有关。因此，压力与毛细管半径有关。因此，多孔固体周围的可凝多孔固体周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。缩气体会在与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。- 19 -化学吸附化学吸附 化学吸附也称化学吸附也称活性吸附活性吸附，它是由于固体表面与吸附气体分子，它是由于固体表面与吸附气体分子之间的之间的化学键化学键所造成。所造成。化学吸附的特征为：化学吸附的特征为：具有明显的选择性；具有明显的选择性

12、；单分子层吸附；单分子层吸附；吸附热量大。吸附热量大。吸附速率随温度升高而增加。故化学吸附宜在较高温度下进行。吸附速率随温度升高而增加。故化学吸附宜在较高温度下进行。为不可逆吸附。为不可逆吸附。几种常用的吸附剂几种常用的吸附剂 吸附剂必须满足下列要求：吸附剂必须满足下列要求：吸附能力强；吸附能力强；吸附选择性好；吸附平衡浓度低；容易再吸附选择性好；吸附平衡浓度低；容易再生和再利用；机械强度好；化学性质稳定；生和再利用；机械强度好；化学性质稳定；来源广；价廉。来源广；价廉。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，因此，应根据不同的场合选用。求，因此，

13、应根据不同的场合选用。n吸附剂通常应具备以下特征：吸附剂通常应具备以下特征：p表面积大、颗粒均匀、p对被分离的物质具有较强的吸附能力p有较高的吸附选择性p机械强度高p再生容易、性能稳定p价格低廉。常用的吸附剂有常用的吸附剂有极性的和非极性的极性的和非极性的两种。两种。几种常用的吸附剂几种常用的吸附剂 有机吸附剂有机吸附剂有有活性炭活性炭、球性炭化树脂、聚、球性炭化树脂、聚酰胺、纤维素、酰胺、纤维素、大孔树脂大孔树脂等；等； 无机吸附剂无机吸附剂有有硅胶硅胶、活性氧化铝活性氧化铝、硅藻土硅藻土、分子筛分子筛等。等。活性氧化铝（活性氧化铝（Al2O3nH2O）按其化学结构可分为有按其化学结构可分为

14、有有机吸附剂有机吸附剂无机吸附剂无机吸附剂几种常用的吸附剂n活性炭活性炭 高温炭化高温炭化 活化活化,800900木材、煤、果壳木材、煤、果壳 炭渣炭渣 活性炭活性炭 隔绝空气，隔绝空气，600 活化剂：活化剂：ZnCl2 解吸：解吸：从活性炭柱上洗脱被吸附物质时，溶剂的洗从活性炭柱上洗脱被吸附物质时，溶剂的洗脱能力将随溶剂极性的降低而增强。脱能力将随溶剂极性的降低而增强。几种常用的吸附剂活性炭吸附非极性有机物活性炭吸附非极性有机物脱色，去热原脱色，去热原26组成27结构及孔的形状n结构结构：活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的碳原子平面层组成，这些平面层的

15、排列不是类似碳原子平面层组成，这些平面层的排列不是类似于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺螺层状结构层状结构”。n孔的形状孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝孔、墨水瓶孔孔、墨水瓶孔分类1（按孔径）微孔（r 2 nm） 气相吸附中孔（2 nm r 50 nm） 作为通道282 按形状分3 按原料分（a）植物类原料活性炭：木材、椰壳、核桃壳、杏核、竹材、稻草等。29（b）矿物类原料活性炭:煤、石油焦、煤焦油、煤沥青、石油残渣、石油沥青等。 (c)其他原料活性炭：塑料类、纸浆废液、旧轮胎、动物骨、蔗糖、糖蜜等。（a）

16、化学碳，以ZnCl2,H3PO4,KOH等为活化剂，化学活化法制备的活性炭（b）物理碳，以水蒸气，CO2等为活化剂制备的活性炭30国内外发展现状n 国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本等。世界活性炭的年产量约等。世界活性炭的年产量约70万吨，其中一半万吨，其中一半以上是由美国、日本及西欧经济共同体等工业以上是由美国、日本及西欧经济共同体等工业国生产。欧美等发达国家在活性炭制造技术方国生产。欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系。而且对制造新工艺的研究与活性炭制造体系。而且对制造

17、新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化。品种的专用化和多样化。31 我国活性炭工业生产起步于20世纪50年代，80年代以后发展迅速，主要以煤质活性炭为主。我国目前有中小型活性炭生产企业1 000余家，活性炭产量占世界产量的三分之一，已成为世界上最大的活性炭生产国，2007年生产量达到35万吨，出口量25万吨。 但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国家，存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪费等问。32活性炭的应用活性炭的应用n活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、空气

18、的净化、工业废气回收、贵重金属的回收空气的净化、工业废气回收、贵重金属的回收及提炼等。其应用范围涉及化学工业、食品加及提炼等。其应用范围涉及化学工业、食品加工、医疗卫生、农业、国防等领域、催化及电工、医疗卫生、农业、国防等领域、催化及电化学电源，在环境保护和人类生活中起着重要化学电源，在环境保护和人类生活中起着重要作用作用。 33（1）在液相吸附中的应用 活性炭在液相中主要用于包括水处理、食品工业脱色及贵金属回收等。其中，水处理主要应用在饮用水的净化、废水处理、工业用水处理这三大方面。 （2）在气相吸附中的应用 活性炭在气相吸附中的应用主要包烟道气、工业废气的处理和净化、生活空气净化、油气回收

19、及毒气防护等。 34（3）在催化方面的应用 活性炭本身就具有催化活性，一般可单独作为催化剂使用。 也可以作为催化剂载体，负载活性离子。 此外，活性炭还可用于土壤的污染治理、储氢、作为新型储能器件的电极材等。35新型的碳材料新型的碳材料n（一）活性炭微球（一）活性炭微球n球形活性炭是球形活性炭是20世纪世纪70年代后期由日本、美国、年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业发达的国家研制开发成联邦德国和苏联等工业发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐年代后后期逐渐进入工业化阶段。渐进入工业化阶段。36日本大阪瓦斯公司以中间相沥青为原料微球为原料，

20、以KOH为活化剂，制的比表面积高达30004600m2g的超高比表面积活性炭微球。制备球型活性炭的原料有：煤、高分子和沥青。其球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。37制备方法制备方法：压条成球法、介质分散法、喷雾法、：压条成球法、介质分散法、喷雾法、反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。应用应用：化工，石化，医药、防毒防护、能源环保等：化工，石化，医药、防毒防护、能源环保等领域。领域。制备工艺流程如下：煤沥青或石油渣油高软化点沥青沥青球不熔化沥青球球型活性炭调制球形化添加

21、剂不熔化氧化介质250400碳化，活化N2+活化剂，90038（二）活性炭纳米管（二）活性炭纳米管n活性炭纳米管可以看成是单层或多层石墨片层活性炭纳米管可以看成是单层或多层石墨片层卷曲而成的无缝中空管状结构。因此，具有管卷曲而成的无缝中空管状结构。因此，具有管状孔隙、层间孔隙等。此外，还具有表面原子状孔隙、层间孔隙等。此外，还具有表面原子密度大，比表面积大，孔结构和表面结构可修密度大，比表面积大，孔结构和表面结构可修饰等特点。饰等特点。39 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、超级电容、锂离子二次电池和隐形材料等领域都得到广泛的研究。制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 无论那一种方

22、法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳米管。40（三）活性炭纤维（三）活性炭纤维n活性炭纤维（活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（和粒状活性炭（GAC）之后的第三代活性碳）之后的第三代活性碳材料。材料。n现在的现在的ACF是碳纤维（是碳纤维（CF）及可碳化纤维经）及可碳化纤维经物理活化、化学活化，或两者兼有的活化反应物理活化、化学活化，或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳纤维。纤维。41常用的常用的ACF有有：黏胶、酚醛纤维、聚丙烯晴：黏胶、酚醛纤维、聚丙烯晴（PAN）、沥青、聚酰亚

23、胺纤维、聚苯乙烯纤）、沥青、聚酰亚胺纤维、聚苯乙烯纤维及空心纤维等。维及空心纤维等。应用：应用：多做为吸附材料、催化剂载体、电极材材多做为吸附材料、催化剂载体、电极材材料等。料等。几种常用的吸附剂硅胶（硅胶（SiO2nH2O） 硅胶的表面保留着羟基，是硅胶的吸附活性中心硅胶的表面保留着羟基，是硅胶的吸附活性中心 在在200200以上羟基会脱去，失去活性以上羟基会脱去，失去活性应用应用吸附大极性有机物 | | O O | | SiOSiOH | | O O | |硅胶的定义及分类硅胶的定义及分类1、定义、定义 硅胶（Silica gel; Silica）：化学分子式为SiO2xH2O，属于无定形

24、结构。其基本结构单位为大小不等的二氧化硅粒子在空间的堆积，并形成硅胶的骨架。堆积时粒子间的空洞即为硅胶的孔隙。硅胶中的水有吸附水和结构水，后者以羟基的形式和硅原子相连而覆盖于硅胶表面。 硅胶根据其孔径的大小分为：特粗孔硅胶、粗孔硅胶、中孔硅胶、细孔硅胶，特细孔硅胶。 名称平均半径/nm特粗孔硅胶10粗孔硅胶45中孔硅胶24细孔硅胶12特细孔硅胶0.20.252、分类、分类 一般来说，硅胶按其性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶两大类。 硅胶的特点硅胶的特点硅胶由于它的化学组成及物理结构的特性，决定了它具有许多其它同类材料难的取代的特点，在应用中具有以下的优点优点：（1）硅胶无毒无味，化学性质稳定

25、，不溶于其他任何溶剂和溶液，除氢氟酸（HF）和强碱外，不与任何物质发生反应。（2）硅胶热稳定性好，A型的细孔类硅胶可在300以内的温度下使用，而其他类型的硅胶则能够在500-600的高温条件下长期使用。（3）硅胶具有刚性的骨架结构，较高的机械强度，良好的耐磨性能。（4）硅胶非潮解、不腐蚀和不溶于水的特性，即使吸满水后，外观感觉还是干燥的。（5）硅胶具有稳定的质量，不会因为使用及外界环境的变化而变化。硅胶吸附硅胶吸附1 1、性质：、性质： 指用硅胶从硝酸溶液中吸附233pa。酸度低时硅胶吸附镁是离子交换过程，在硝酸浓度大于2mol/L时中性配合物也被吸附。233pa在硅胶上的吸附速度随硝酸浓度增

26、加而增加。硝酸浓度对233pa的吸附率影响不大，但它随硝酸盐浓度增加而下降。通常吸附是在6mol/L硝酸介质中进行。硅胶的吸附性能与硅胶的制备方法及质量有关，在使用前要用酸洗处理。2 2、原理、原理 硅胶为一多孔性物质，分子中具有硅氧烷的交链结构，同时在颗粒表面又有很多硅醇基。硅胶吸附作用的强弱与硅醇基的含量多少有关。硅醇基能够通过氢键的形成而吸附水分，因此硅胶的吸附力随吸着的水分增加而降低。若吸水量超过17，吸附力极弱不能用作为吸附剂，但可作为分配层析中的支持剂。对硅胶的活化，当硅胶加热至100110时，硅胶表面因氢键所吸附的水分即能被除去。当温度升高至500时，硅胶表面的硅醇基也能脱水缩台

27、转变为硅氧烷键，从而丧失了因氢键吸附水分的活往，就不再有吸附剂的性质，虽用水处理亦不能恢复其吸附活性。所以硅胶的活化不宜在较高温度进行（一般在170cC以上即有少量结合水失去）。 硅胶是一种酸性吸附剂，适用于中性或酸性条件。同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂，其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子，当遇到较强的碱注化台物，则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。功能与用途功能与用途 主要用于仪器、仪表、设备等在密闭条件下的吸潮防锈。与普通硅胶干燥剂配合使用，指示干燥剂的吸潮程度和判断环境的相对湿度。作为包装用硅胶干燥剂，广泛用于精密仪器、皮革、服装、食品、药品和家用电器等。 硅胶干燥剂硅胶干燥剂 硅

28、胶因为其食品级用途可以用来做婴儿奶嘴等与人体直接接触的物品。婴儿奶嘴婴儿奶嘴婴儿奶嘴喂药器婴儿奶嘴喂药器硅胶套硅胶套硅胶套的应用非常广泛，常用于Mp3/Mp4播放器，iPod,PDA,手机,PSP,数码相机,GPS等比较普遍的个人消费电子产品上；保护套材质较软，有弹性，保护设备，根据硅胶套的厚薄程度，具有一定的缓冲作用，如果厚度足够,加上结构设计合理，可使被保护的产品具有防摔功能。优点是:环保、手感好、易清洗、防水、耐热等。2011年11月附近，丰田化工公司推出硅胶的新用途食品保鲜用硅胶。食品保鲜用硅胶。产品特点：1.采用100%的硅胶原材料，绿色环保；2.无色，无味，无毒，防尘，抗氧化，防腐

29、蚀；3.防水，抗高温，抗温范围在-40度到230度；4.不易折断或拉坏，不易变形，易于清洗，可直接用水清洗，重复利用；5.产品表面可丝印，凹刻或凸刻LOGO，款式多样。硅胶隆鼻硅胶隆鼻 硅胶隆鼻是将一医用固体硅胶假体埋入鼻背筋膜下面，使鼻梁或鼻尖突起，从而改变鼻子的形状，达到预期的效果。临床证明医用固体硅胶对人体无副作用，当不想要时，随时可以将医用固体硅胶取出。对于鼻梁低鼻尖形状较好者可单纯施此种手术。手术无痛苦，表面无痕迹，4天恢复正常。硅胶耳塞硅胶耳塞 硅胶耳塞具有可清洗性，防水性能好，可反复使用,能防止机器发出的声音导致的耳膜不适，抗噪性能好，一般适用于劳保型耳塞、游泳耳塞和便携机式耳塞

30、。硅胶饰品硅胶饰品 硅胶手饰包括时尚手环、手腕带和最新开发的硅胶能量手环,而项饰包括项链、吊坠和一些平衡能量项链.它们一般都有外观时尚、新颖、环保、手感好等特点,很受年轻人及体育爱好者的追求。能量硅胶手环手机挂饰能能量量平平衡衡项项链链 硅橡胶胃管硅橡胶胃管硅胶冰格硅胶冰格几种常用的吸附剂极性强，对水有很强的亲和作用极性强，对水有很强的亲和作用活性氧化铝（活性氧化铝（Al2O3nH2O）几种常用的吸附剂n筛分：筛分：将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用n吸附：

31、吸附：分子筛分子筛结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：M Mx/mx/m(AlO2)x(AlO2)x(SiO2)y(SiO2)yzH2OzH2O。分子筛是一种具有网状晶体结构的硅铝酸盐 ，具有均匀的晶穴，孔径分布非常均一，具有选择筛分分子作用 60 沸石分子筛沸石分子筛 (Zeolite Molecular Sieve)(Zeolite Molecular Sieve) 是人工合成的无机吸附剂是人工合成的无机吸附剂, ,其组成与天然沸石相近其组成与天然沸石相近, ,是铝、硅酸盐类的化合物是铝、硅酸盐类的化合物。 具有特定且具有特定且均匀一致的孔径均匀

32、一致的孔径 ，只允许比其微孔孔径，只允许比其微孔孔径小的分子吸附上去，比其微孔大的分子则不能进入，小的分子吸附上去，比其微孔大的分子则不能进入， 故称为分子筛。故称为分子筛。 是是极性吸附剂极性吸附剂，对水具有很大的亲和力。，对水具有很大的亲和力。 比表面积在比表面积在4004001000 1000 m2/g g。 主要用于各种气体和液体的干燥，芳烃、烷烃的分主要用于各种气体和液体的干燥，芳烃、烷烃的分离及用作催化剂及催化剂载体等。离及用作催化剂及催化剂载体等。 61球形分子筛颗粒球形分子筛颗粒62常用沸石分子筛常用沸石分子筛型号型号 孔径大孔径大小小( () )典型化学组成典型化学组成 Si

33、SiO O2 2与与AlAl2 20 03 3比比3A3A ( (钾型）钾型） 32/3K2/3K2 20 01/3Na1/3Na2 20 0AlAl2 20 03 32Si2SiO O2 22 24A4A ( (钠型）钠型） 4NaNa2 20 0AlAl2 20 03 32Si2SiO O2 25A5A ( (钙型）钙型） 50.7Ca00.7Ca00.3Na0.3Na2 20 0AlAl2 20 03 32Si2SiO O2 210X 10X ( (钙型）钙型）8 90.8Ca00.8Ca00.2Na0.2Na2 20 0AlAl2 20 03 32.52.5SiSiO O2 22.52

34、.513X13X ( (钠型）钠型）9 10 NaNa2 20 0AlAl2 20 03 32.5Si2.5SiO O2 2Y Y ( (钠型）钠型）9 10 NaNa2 20 0AlAl2 20 03 35Si5SiO O2 25 5钠钠丝光沸石丝光沸石 5NaNa2 20 0AlAl2 20 03 310Si10SiO O2 2 101063沸石分子筛中的原子形成笼形结构，其空穴大小决沸石分子筛中的原子形成笼形结构，其空穴大小决定了所能吸附分子的大小。定了所能吸附分子的大小。A型分子筛型分子筛64A型分子筛型分子筛65X型分子筛型分子筛66X型分子筛型分子筛67 （5 5） 吸附树脂吸附树

35、脂（ResinResin） 是一种网状结构的有机高聚物，如南开和成公司的是一种网状结构的有机高聚物，如南开和成公司的ADSADS系列、美国系列、美国Rohm&HaasRohm&Haas公司的公司的XADXAD系列树脂是苯乙烯与系列树脂是苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，可根据需要制成不同孔径、不同比二乙烯苯的共聚物，可根据需要制成不同孔径、不同比表面积表面积 、极性或非极性的吸附剂。、极性或非极性的吸附剂。 比表面积一般在比表面积一般在200200700 m700 m2 2g g左右。左右。 主要用于废水中有机物的吸附、天然产物与生化产品主要用于废水中有机物的吸附、天然产物与生化产品的

36、分离等。的分离等。 68树脂树脂几种常用的吸附剂n大孔吸附树脂大孔吸附树脂不含交换基团的不含交换基团的, , 具有大孔结构的高分子吸附剂。具有大孔结构的高分子吸附剂。（1 1） 选择性好选择性好（2 2） 解吸容易解吸容易（3 3） 机械强度好机械强度好（4 4） 流体阻力小流体阻力小（5 5） 反复使反复使 用用（6 6） 可适用于各种产品可适用于各种产品优优点点大孔吸附树脂大孔吸附树脂 非极性大孔吸附树脂非极性大孔吸附树脂 中等极性大孔吸附树脂中等极性大孔吸附树脂 极性大孔吸附树脂极性大孔吸附树脂分类大孔吸附树脂大孔吸附树脂n吸附性原理q树脂本身具有吸附性q吸附力是范德华力或氢键作用的结果

37、n筛选性原理q树脂为多孔性结构，具有分子筛的作用n有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小，在树脂的吸附机理和筛分原理作用下实现分离。大孔吸附树脂大孔吸附树脂n应用范围广q整个过程PH值不变，适于对PH值敏感的物质q能从存在大量无机盐的发酵液中分离提取抗菌素等物质n理化性质稳定q稳定性高，机械强度好，耐用q避免溶剂法对环境的污染及离子交换法对设备的腐蚀n分离性能优良q选择性好，分离效能高大孔吸附树脂大孔吸附树脂n使用方便q大孔树脂一般为小球状，流体阻力小于活性碳n溶剂用量少q只需要少量溶剂作为洗脱剂q避免了溶剂法中的乳化现象n可重复使用，降低成本q用水、稀酸、稀碱或低浓度乙醇等反复清洗即可再生

38、n缺点q树脂价格贵；品种有限，不能满足复杂要求；操作繁琐 例：例： 林可、红霉素、林可、红霉素、SPM 弱碱性，弱碱性， pH 吸附量吸附量 ； 赤霉素赤霉素弱酸性，弱酸性， pH ，吸附量，吸附量 ； 维生素维生素B12 中性，中性， pH无影响，无影响，实验证实：实验证实： XAD-2上吸附，上吸附，pH37吸附量都一吸附量都一样；样； 头孢菌素头孢菌素 两性物质，应在什么条件下吸附？两性物质，应在什么条件下吸附？ pK1=2.6(羧基羧基)；pK2=3.3 (羧基羧基) ；pK3=9.8 (氨基氨基) 大孔吸附剂解吸条件1. 1. 选择洗脱剂原则选择洗脱剂原则a. 洗脱剂应容易溶胀大网格

39、吸附剂。洗脱剂应容易溶胀大网格吸附剂。溶质对聚合物的溶胀能力可用溶质对聚合物的溶胀能力可用溶解度参数溶解度参数来表征。来表征。溶剂2-丁酮丁酮2-丙酮丙酮丁醇丁醇丙醇丙醇乙醇乙醇甲醇甲醇水水19.020.423.324.325.929.647.3 溶溶 剂剂 的的 解解 吸吸 能能 力力 逐逐 渐渐 降降 低低l溶剂的溶解度参数和聚合物的溶解度参数接近时，溶剂愈易溶胀聚合物。溶剂的溶解度参数和聚合物的溶解度参数接近时，溶剂愈易溶胀聚合物。 （ 洗洗 聚）聚）大孔吸附剂解吸条件b. 洗脱剂对被吸附物有较大的溶解度。洗脱剂对被吸附物有较大的溶解度。 例例 赤霉素赤霉素(920)：吸附时选：吸附时选

40、XAD-2树脂（聚苯乙烯型）树脂（聚苯乙烯型） 聚聚18.4 洗脱剂选乙酯洗脱剂选乙酯 乙乙18.6，溶解度参数接近，易溶胀，溶解度参数接近，易溶胀XAD-2树脂；树脂； 易溶于乙酯中。易溶于乙酯中。 洗脱容易，洗脱峰很集中。洗脱容易，洗脱峰很集中。大孔吸附剂解吸条件2. 2. 流速流速 （空间速度，线速度）洗脱液的流速务（空间速度，线速度）洗脱液的流速务必恰当控制。如果太快，洗脱物在两相中的平必恰当控制。如果太快，洗脱物在两相中的平衡过程不完全；如果太慢，洗脱物会扩散。衡过程不完全；如果太慢，洗脱物会扩散。几种常用的吸附剂n分子筛分子筛分子筛是一种具有网状晶体结构的硅铝酸盐 ，具有均匀的晶穴

41、，孔径分布非常均一，具有选择筛分分子作用 影响吸附的因素影响吸附的因素（一）吸附剂结构（一）吸附剂结构1 1比表面积比表面积吸附剂的粒径越小，或是吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能越强。越大，则吸附能越强。影响吸附的因素影响吸附的因素（一）吸附剂结构（一）吸附剂结构2孔结构孔结构 吸附剂的孔结构如图吸附剂的孔结构如图7-67-6所示。吸所示。吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差；孔径太小，则不利于吸附质扩散，力差；孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用，并对直径较大的分子起屏蔽作用，影响吸附的因素影响吸附的因素3表面化学性质表面化学性质（一）吸附剂结构（一）吸附剂结构吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表表面氧化物面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺不，其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。同而异。表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂只有类似只有类似化学吸附化学吸附的能力，的能力，影响吸附的因素影响吸附的因素（二）吸附质的性质（二）吸附质的