第五章有害气体吸附上课

有害气体的吸附净化概述吸附（定义）一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附固—液界面上的吸附：吸附剂：具有吸附能力的固体物质。吸附质：被吸附的物质。物质从流体相浓缩到固体表面

吸附法：是一种常用的净化方法。它是利用一些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。吸附技术广泛应用于工业气体的净化过程，以及有毒气体的个人防护过程。待分离的料液通入吸附剂吸附质被吸附在吸附剂表面料液流出吸附质解吸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质脱附：吸附的逆过程6吸附主要发生在吸附剂内孔表面--8--木炭（吸附剂）的历史(1)公元前1550年，埃及有作为医用的记载；(2)公元前460-359年，希腊医生Hippocrate用以治羊癫疯；(3)1518-1593年，中国李时珍的本草纲目中提及用于治病；(4)1993年有外电报道用于溃疡；(5)1794年，英国有家糖厂用于加速脱色。(6)中国汉代将木炭用于墓穴中的防腐。（长沙马王堆）--9--一战（1914——1918）德国使用毒气（氯气）俄罗斯捷林斯基（1861——1953年）发明了第一个通用的木炭防毒面具。活性炭：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。。具有较高的吸附能力。--10--木炭油脂脱色活性炭过滤式防毒面具消防防毒面具概述吸附的特点：（1）不用或少用有机溶剂（2）操作简便，安全（3）生产过程pH变化小（4）从稀溶液分离溶质（5）

吸附剂对溶质的作用小（6）

吸附平衡为非线性（7）选择性差吸附过程理论基础基本概念吸附剂：表面上能发生吸附作用的固体吸附物：被吸附的物质多孔吸附剂：外表面与内表面组成非多孔吸附剂：比表面取决于外表面吸附作用：物质从流体相浓缩到固体表面固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力较大，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体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。

图21-1界面上分子和内部分子所受的力吸附过程理论基础吸附的类型（1）物理吸附:

放热小，可逆，单分子层或多分子层，选择性差（2）化学吸附:

放热量大，单分子层，选择性强（3）交换吸附:

吸附剂吸附后同时放出等量的离子到溶液中吸附过程理论基础--17--⑴物理吸附固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间的引力，即范德华力。产生物理吸附的原因是分子间的引力。物理吸附主要特征为：①固体表面与被吸附的气体之间不发生化学反应；②对吸附的气体没有选择性，可吸附一切气体；③既可以是单分子层吸附也可形成多分子层吸附；④吸附过程为放热过程。--18--物理吸附分离原理大体上可分为以下四种类型：1）选择性吸附。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。吸附力的大小与表面和分子两者的性质有关。这些性质的差异引起了吸附力的差异，这就是选择性吸附。2）分子筛效应。多孔固体的微孔孔径是均一的，而且与分子尺寸相当。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，这种现象称为分子筛效应。--19--3）通过微孔的扩散。气体在多孔固体中的扩散速率与气体的性质、吸附剂材料的性质以及微孔尺寸等因素有关。利用扩散速率的差别可以将混合物分离。4）微孔中的凝聚。毛细管中液体曲面上的蒸气压与其正常蒸气压不同。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。在一定温度下凝聚压力与毛细管半径有关。因此，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。--20--⑵化学吸附化学吸附也称活性吸附，它是由于固体表面与吸附气体分子之间的化学键所造成。化学吸附的特征为：①具有明显的选择性；②单分子层吸附；③吸附热量大。⑤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。⑥为不可逆吸附。几种常用的吸附剂

吸附剂必须满足下列要求：①吸附能力强；②吸附选择性好；③吸附平衡浓度低；④容易再生和再利用；⑤机械强度好；⑥化学性质稳定；⑦来源广；⑧价廉。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。几种常用的吸附剂

有机吸附剂有活性炭、球性炭化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等；

无机吸附剂有硅胶、活性氧化铝、硅藻土、分子筛等。活性氧化铝（Al2O3·nH2O）按其化学结构可分为有有机吸附剂无机吸附剂几种常用的吸附剂活性炭

高温炭化活化,800~900℃木材、煤、果壳炭渣活性炭

隔绝空气，600℃活化剂：ZnCl2

黑色颗粒状果壳活性炭,选用优质杏壳、桃壳、核桃壳、枣壳等果壳为原料，活性炭采用炭化、活化、过热蒸气催化等工艺精制而成，外观为黑色不定型颗粒，经系列生产工艺加工而成的一种活性炭。具有耐磨强度好、空隙发达、吸附性能高、强度高、易再生、经济耐用等优点，广泛应用于生活、工业、液相吸附、水质净化、气相吸附。特别适用于电厂、石化、炼油厂、印染纺织业、食品饮料、医药用水、电子高纯水、生活饮用水、工业中水回用等行业。更能有效吸附水中的游离氯、酚、硫、油、胶质、农药残留物和其他有机污染物，余氯、半脱氯值，以及有机溶剂的回收等。果壳炭市场应用

煤质活性炭市场应用

1.水处理行业：自来水、工业用水、污水处理、纯净水、饮料、食品、医药用水。2.空气净化：除杂、除味、吸咐、除甲醛，苯、甲苯、二甲苯、油气等有害气体物质。3.工业：脱色、提纯、空气净化。4.养鱼：过滤。5.试剂：催化剂及催化剂载体。

以优质木屑和果壳为原料。采用氯化锌法生产，具有发达的中孔结构，吸附容量大、快速

粉状活性炭过滤等特性。主要适用于各种氨基酸工业，精制糖脱色、味精工业、葡萄糖工业、淀粉糖工业、化学助剂、染料中间体、食品添加剂、药品制剂等高色素溶液的脱色、提纯、除臭、除杂。粉状炭市场应用

解吸：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。几种常用的吸附剂活性炭吸附非极性有机物脱色，去热原29组成30结构及孔的形状结构：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，这些平面层的排列不是类似于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺层状结构”。孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝孔、墨水瓶孔分类1（按孔径）微孔（r<2nm）气相吸附中孔（2nm<r<50nm）液相吸附大孔（r>50nm）作为通道312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。32（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。3按制备方法分（a）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33国内外发展现状

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70万吨，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、无公害化制造体系。而且对制造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，做到了品种的专用化和多样化。34

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1000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、资源浪费等问题。35活性炭的应用活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、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作用。36（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、油气回收及毒气防护等。

37（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。38新型的碳材料（一）活性炭微球球形活性炭是20世纪70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功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐进入工业化阶段。39

日本大阪瓦斯公司以中间相沥青为原料微球为原料，以KOH为活化剂，制的比表面积高达3000~4600m2∕g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。

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。40制备方法：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。应用：化工，石化，医药、防毒防护、能源环保等领域。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剂不熔化氧化介质250~400℃碳化，活化N2+活化剂，≥900℃41（二）活性炭纳米管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饰等特点。42

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。43（三）活性炭纤维活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC）之后的第三代活性碳材料。现在的ACF是碳纤维（CF）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所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳纤维。44常用的ACF有：黏胶、酚醛纤维、聚丙烯晴（PAN）、沥青、聚酰亚胺纤维、聚苯乙烯纤维及空心纤维等。应用：多做为吸附材料、催化剂载体、电极材材料等。几种常用的吸附剂硅胶（SiO2·nH2O）硅胶的表面保留着羟基，是硅胶的吸附活性中心在200℃以上羟基会脱去，失去活性应用吸附大极性有机物||OO||—Si—O—Si—OH||OO||硅胶的定义及分类1、定义

硅胶（Silicagel;Silica）：化学分子式为SiO2·xH2O，属于无定形结构。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。名称平均半径/nm特粗孔硅胶>10粗孔硅胶4~5中孔硅胶2~4细孔硅胶1~2特细孔硅胶0.2~0.252、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：（1）硅胶无毒无味，化学性质稳定，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1、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、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100～110℃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

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。婴儿奶嘴婴儿奶嘴喂药器硅胶套

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。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。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量平衡项链

硅橡胶胃管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活性氧化铝（Al2O3·nH2O）活性氧化铝

活性氧化铝的化学式是Al2O3·nH2O。活性氧化铝表面上具有高官能团密度，这些官能团为极性分子的吸附提供了活性中心。因此活性氧化铝是一种极性吸附剂，其比表面积约为200～500m2/g，对水分有很强的吸附能力。用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不同结构、不同性能的活性氧化铝。 活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。活性氧化铝干燥剂食品环保防潮珠活性а-Al2O3微粉几种常用的吸附剂筛分：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吸附：分子筛结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。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65

⑷沸石分子筛(ZeoliteMolecularSieve)是人工合成的无机吸附剂,其组成与天然沸石相近,是铝、硅酸盐类的化合物。具有特定且均匀一致的孔径，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，故称为分子筛。是极性吸附剂，对水具有很大的亲和力。

比表面积在400～1000m2/g。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。66球形分子筛颗粒67常用沸石分子筛型号

孔径大小(Å)典型化学组成

SiO2与Al203比3A

(钾型）～32/3K20·1/3Na20·Al203·2SiO224A

(钠型）～4Na20·Al203·2SiO25A

(钙型）～50.7Ca0·0.3Na20·Al203·2SiO210X(钙型）8～90.8Ca0·0.2Na20·Al203·2.5SiO22.513X

(钠型）9～10Na20·Al203·2.5SiO2Y

(钠型）9～10Na20·Al203·5SiO25钠丝光沸石

～5Na20·Al203·10SiO2

1068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。A型分子筛69A型分子筛70X型分子筛71X型分子筛72

（5）吸附树脂（Resin）是一种网状结构的有机高聚物，如南开和成公司的ADS系列、美国Rohm&Haas公司的XAD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、不同比表面积、极性或非极性的吸附剂。比表面积一般在200～700m2／g左右。主要用于废水中有机物的吸附、天然产物与生化产品的分离等。

73树脂几种常用的吸附剂大孔吸附树脂不含交换基团的,具有大孔结构的高分子吸附剂。（1）选择性好（2）解吸容易（3）机械强度好（4）流体阻力小（5）反复使用（6）可适用于各种产品优点

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极性大孔吸附树脂分类大孔吸附树脂吸附性原理树脂本身具有吸附性吸附力是范德华力或氢键作用的结果筛选性原理树脂为多孔性结构，具有分子筛的作用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。大孔吸附树脂应用范围广整个过程PH值不变，适于对PH值敏感的物质能从存在大量无机盐的发酵液中分离提取抗菌素等物质理化性质稳定稳定性高，机械强度好，耐用避免溶剂法对环境的污染及离子交换法对设备的腐蚀分离性能优良选择性好，分离效能高大孔吸附树脂使用方便大孔树脂一般为小球状，流体阻力小于活性碳溶剂用量少只需要少量溶剂作为洗脱剂避免了溶剂法中的乳化现象可重复使用，降低成本用水、稀酸、稀碱或低浓度乙醇等反复清洗即可再生缺点树脂价格贵；品种有限，不能满足复杂要求；操作繁琐

例：林可、红霉素、SPM弱碱性，pH吸附量；赤霉素弱酸性，pH，吸附量；维生素B12中性，pH无影响，实验证实：XAD-2上吸附，pH3~7吸附量都一样；头孢菌素两性物质，应在什么条件下吸附？

pK1=2.6(羧基)；pK2=3.3(羧基)；pK3=9.8(氨基)

大孔吸附剂解吸条件1.选择洗脱剂原则a.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解度参数δ来表征。溶剂2-丁酮2-丙酮丁醇丙醇乙醇甲醇水δ19.020.423.324.325.929.647.3

溶剂的解吸能力逐渐降低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

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。

例赤霉素(920)：吸附时选XAD-2树脂（聚苯乙烯型）聚18.4

洗脱剂选乙酯∵①乙＝18.6，溶解度参数接近，易溶胀XAD-2树脂；②易溶于乙酯中。洗脱容易，洗脱峰很集中。大孔吸附剂解吸条件2.流速（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衡过程不完全；如果太慢，洗脱物会扩散。影响吸附的因素（一）吸附剂结构1．比表面积吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能越强。影响吸附的因素（一）吸附剂结构2．孔结构

吸附剂的孔结构如图7-6所示。吸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，影响吸附的因素3．表面化学性质（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表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂只有类似化学吸附的能力，影响吸附的因素（二）吸附质的性质对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。（三）操作条件吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附.吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排出吸余液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中88吸附平衡

在一定温度和压力或浓度下，当气体或液体与固体吸附剂经长时间充分接触后，吸附质在流体相和固体相中的含量不再变化，即达到平衡状态。影响吸附平衡的因素：温度、压力或浓度、吸附剂和吸附质的性质。通常吸附量与温度成反比，与压力或浓度成正比。

89吸附等温线（AdsorptionIsotherm）:

指一定温度条件下吸附平衡时单位质量吸附剂的吸附量q与吸附质在流体相中的分压p（气相吸附）或浓度c（液相吸附）之间的关系曲线。qp气相吸附温度一定qc液相吸附温度一定90温度一定，吸附量随压力增加而增加。低压时增加较快，高压时增加变慢。压力一定，吸附量随温度升高而降低。高温时，吸附量很低。即高压低温有利于吸附,低压高温有利于解吸(吸附剂的脱附再生）.91CO2在分子筛和活性炭上的吸附等温线92水中乙醇在分子筛上的吸附等温线水中乙醇在活性炭上的吸附等温线

93水中苯酚在树脂上的吸附等温线水中苯酚在活性炭上的吸附等温线94吸附等温线方程

(1)Langmuir（朗格缪尔）方程

气相吸附液相吸附

q=单位质量吸附剂的吸附量;

p=吸附质在气相中的分压;

c=吸附质在液相中的摩尔浓度;

qm=吸附剂的的最大吸附量；

b=朗格缪尔常数。1932年诺贝尔化学奖获得者95②当压力（或浓度）很高时，bp>>1,q≈qm

，q不再随压力变化，表示吸附达到饱和。兰格繆尔方程是具有一定理论基础的吸附等温线方程，其主要假设是单分子层吸附，其常数qm具有明确的物理意义。①当压力（或浓度）很低时，bp<<1,q≈qm

bp

，即q与p呈直线关系；qp①②qm96最大吸附量qm与朗格缪尔常数

b

可由实验数据回归求得，如气相吸附Langmuir方程可写成以

p/q为纵坐标、p为横坐标作图，得一直线，由斜率和截距可以求出

qm和b。p/qp97(2)Freundlich(弗里德里希)方程

气相吸附液相吸附

即以lgq

对

lgp作图得一直线，由直线斜率和截距可以求出a和m。a

和

m为Freundlich常数，一般

a＜1注：弗里德里希方程是经验方程，其常数a和m没有明确的物理意义。气相吸附方程可变为98

qpFreundlichLangmuirLangmuir与Freundlich方程的比较99水中乙醇在分子筛上的吸附等温线水中乙醇在活性炭上的吸附等温线

LangmuirFreundlich100

(3)Langmuir

－Freundlich方程

气相吸附液相吸附

该方程中三个参数

qm

、a、b可由实验数据的非线性回归求得。一般说来，三参数的Langmuir

－Freundlich方程比二参数的Langmuir方程或

Freundlich方程能更好地拟合实验数据。101

(4)多组分吸附的Langmuir方程以二组分气相吸附为例（二组分分别用下标1

和2表示）参数qm1

、

qm2、

b1

、b2

可通过实验数据的回归求得。102

由于组分间的相互竞争，多组分吸附时每一组分的吸附量比单一组分时的吸附量少。103（1）外扩散吸附机理和吸附速率吸附机理：吸附质被吸附剂吸附的过程一般分为三步：（2）内扩散（3）吸附104

①外扩散：吸附质从流体主体通过扩散传递到吸附剂颗粒的外表面。因为流体与固体接触时，在紧贴固体表面处有一层滞流膜，所以这一步的速率主要取决于吸附质以分子扩散通过这一滞流膜的传递速率。

②内扩散：吸附质从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上微孔扩散进入颗粒内部，到达颗粒的内部表面。

③吸附：吸附质被吸附剂吸附在内表面上。对于物理吸附，第三步通常是瞬间完成的，所以吸附过程的速率由前二步决定

。

105（3）外扩散脱附（解吸）过程与吸附相反（2）内扩散（1）脱附106

吸附速率：指单位时间内单位质量吸附剂吸附的量。吸附速率与体系性质(吸附剂、吸附质及其混合物的物理化学性质)、操作条件(温度、压力、两相接触状况)以及两相组成等因素有关。吸附过程为非稳态过程，但对于某一瞬间，可按拟稳态处理。根据前述机理，吸附速率可分别用外扩散、内扩散或总传质速率方程表示。

107五.吸附分离工艺固定床（Fixed－Bed）吸附是工业上应用最多的吸附过程，设备一般为圆柱形立式筒体，在筒体内部支撑格板或多孔板上放置吸附剂颗粒,成为固定吸附剂床层。当欲处理的流体通过时,吸附质被吸附在吸附剂上,其余流体由出口流出。

当吸附剂吸附接近饱和时，进行脱附（解吸）再生。实际应用中常设置两个或多个吸附器，吸附与脱附在不同的吸附器内轮流进行以实现连续生产。108用于气体干燥的双固定床吸附流程

109A塔吸附：原料气(湿气)由下方通入,干燥后的气体从顶部排出.此时B塔再生,再生气(如氮气)经加热至要求的温度,从顶部进入。再生气携带从吸附剂上脱附的水分从底部出来,经冷却器使再生气降温,水汽冷凝成水排出,再生尾气可循环使用。

接下来A塔再生，B塔吸附，如此循环。110固定床吸附的优点：

设备结构简单，造价低，吸附剂磨损少。缺点：间歇操作，吸附和再生两过程必须周期性切换，是非稳态传质过程。固定床吸附器

方形立式吸附器常用圆形卧式吸附器112变压吸附

（PressureSwingAdsorption，PSA）

即在较高压力下吸附，在较低压力（包括真空）下脱附，如此周期性地进行。整个分离过程中温度基本不变。