吸附法净化大气污染物

第四节吸附法净化气态污染物质量要求，特别增加了吸附作为一种把握方法的吸引力。湿法工艺〔如洗涤法〕之处有以下几个方面：干床层、非腐蚀系统；良好的把握和对过程变化的敏感；没有化学品的处理问题；可实现全自动运行；回收这些污染物，实现废物资源化。水处理的一种手段，也是很重要的一个方面。吸附操作也有它的缺乏之处，首先，由于吸附剂的吸附容量小，因而需耗自动化制造了条件，推动了吸附技术的进展。一、吸附与吸附剂已经完全证明：在固体外表上的分子力处于不平衡或不饱和状态，由于这到固体外表的物质叫吸附质，吸附质所依附的物质称为吸附剂。层吸附层〔或称吸附膜，并不深入到吸附剂内部。由于吸附是一种固体外表现象，只有那些具有较大内外表的固体才具有较强的吸附力气。例如比重为55μm12m2/g，并不具有有用价值的吸600m2/g。程必定是一个放热过程，所放出的热，称为该物质在此固体外表上的吸附热。1、物理吸附与化学吸附依据吸附的作用力不同，可把吸附分为物理吸附与化学吸附。物理吸附凝在固体外表上。这种吸附的速度极快。20kJ/mol左右，剂的特性。物理吸附只在低温下才较显著，吸附量随温度的上升而快速削减，操作就是依据这一特性进展吸附剂的再生，同时回收被吸附的物质。分子层吸附。这是与化学吸附不同的。化学吸附可鉴别的化合物。化学吸附的作用力大大超过物理吸附的范德华力。出的热大得多，可到达化学反响热的数量级，一般为80～400kJ/mol。由于化学且脱附以后，脱附的物质往往与原来的物质不一样，发生了化学变化。重要，这一点将在催化一章中表达。且吸附速度随着温度的上升而增加。与物理吸附不同，化学吸附是单分子或单原子层吸附。具备足够高的活性，才发生化学吸附。亦可能两种吸附方式同时发生。2、吸附剂中首先要解决的问题。工业吸附剂的要求如硅胶的内外表高达600ｍ2/ｇ，活性炭的内外表可高达1000ｍ2/ｇ。这些内而被吸附。〔或氨〕的混合气体中优先吸附二氧化硫〔或氨，到达净化废气的目的。度，单位质量〔或体积〕的吸附剂所能吸附的最大吸附质质量。吸附容量大小还与分子的极性以及吸附剂分子上官能团的性质有关。下运行，吸附剂的磨损大。附分别效果。假设颗粒太小，床层阻力过大，严峻时会将吸附剂带出器外。剂易再生和活化，且制造简便，价廉易得。常用工业吸附剂里也附带介绍几种其它吸附剂和吸附剂浸渍。木材、骨头、果核、坚硬的果壳〔如椰壳、核桃壳等，以及废纸浆、废树脂等，将这些含碳物质在低于878K下进展炭化，再用水蒸汽或热空气进展活化处理。还有用氯化锌、氯化镁、氯化钙、磷酸来代替热蒸汽作活化剂的。活性700～1000m2／g，具有优异和广泛的吸100nm以下，具有良好的选择吸附力气。一般活性炭又分为颗粒状活性炭〔粒炭〕和粉状活性炭〔粉炭附多用粒炭，因其阻力小，而粉炭多用于液体的脱色处理。x222SO2、NO、Cl、HS、CO等有害气体治理中，有着广x222泛的用途。因此，在吸附操作中，活性炭是一种首选的优良吸附剂。〔1200K以上〕炭化，用水蒸汽活化后制成的。粘胶纤维价格较低，酚醛纤维价格较高。纤维活性炭的外表积大，有的可高达1700m2/g，密度小，5～0.1μm0.5～5μm的大孔，而纤维活性炭不但孔隙率较大，而且孔而且，由于纤维活性炭的微孔直接通向外外表，吸附质分子内集中距离较短，1～1040倍左右。②活性氧化铝〔如铝土矿在严格把握的加热速率下于773K加热制成的多孔构造的活性物质。依据晶格构造，氧化铝可分为α型和γ型。具有吸附活性的主要是γγ773K-873K温度下焙烧，所得氧化铝即为含有结晶水的γ型活性氧化铝，温度超过1173K，开头变成α型氧化铝，吸附性能急剧下降。SO2、H2S、含氟废气、NOX以及气态碳氢化合物等废气的净化。其性能变化很小，因此使用寿命长。活性氧化铝常用作催化剂的载体。③硅胶将水玻璃〔硅酸钠〕溶液用无机酸处理后所得凝胶，经老化、水洗去盐，398～408K下枯燥脱水，即得到坚硬多孔的固体颗粒硅胶。硅胶是一种无2定形链状和网状构造的硅酸聚合物，其分子式为SiO2.nHO。硅胶的孔径分布2均匀，亲水性极强，吸取空气中的水分可达自身重量的50%，同时放出大量的热，使其简洁裂开。硅胶在应用上有很大一局部是用作吸湿剂〔枯燥剂在用作枯燥剂时常参与氯化钴或溴化铜，以指示吸湿程度。SO2NOX极性的有机物。硅胶还可用作催化剂的载体。④沸石分子筛175636种之因此又称沸石〔Zeolite〕或泡沸石，又因其内部微孔能筛分大小不一的分子，A型、X型、Y型、MZSM型等。沸石分子筛具有多孔骨架构造，其化学通式为Mex/n〔Al2O3〕MeK+、Na+、Ca2+等金属阳离子，x/n为价数nMe的个数，m是结晶水的分子数。子进入，从而对大小及外形不同的分子进展筛分。依据孔径大小不同和SiO2等。分子筛与其它吸附剂相比有以下优点：1〕吸附选择性强。这是由于分子除去，还可有效地把乙炔从乙烯中除去，这一点是由它的强极性打算的。2〕吸附力气强。即使气体的组成浓度很低，照旧具有较大的吸附力气；3〕在较的治理上，也常用于含SO2、NO、CO、CO

、NH、CCl

、水蒸汽和气态碳X氢化合物废气的净化。吸附剂浸渍

2 3 4〔容量3、影响气体吸附的因素它气体的存在，吸附剂的脱附状况等等。吸附剂性质的影响剂比外表积大小与它的孔隙率、孔径、颗粒度等因素有关。吸附质分子的直径有关。因此，吸附剂的有效外表只存在于吸附分子能够进入的微孔中。如前所述，分子筛的孔径单一、均匀，如５Ａ分子筛的孔径为５只能吸附直径为时，应使其孔径分布与吸附质分子的大小相适应。附量就大，对于不具有极性的活性炭，它就能够大量吸附非极性的有机分子。吸附质性质和浓度的影响愈多。对构造和分子量都相近的有机物，不饱和性愈大，则愈易被吸附。法较为适宜处理污染物浓度低、排放标准要求很严的废气。吸附操作条件的影响学反响的速度，因而期望适当提高系统的温度，以增大吸附速率和吸附量。来特别要求，因此一般不为此而设增压设备。0.2～0.6m/s的范围内。吸附器设计的影响为了进展有效吸附，对吸附器的设计提出以下根本要求①要具有足够的气体流通面积和停留时间，它们都是吸附器尺寸的函数；②要保证气流分布均匀，以致全部的过气断面都能得到充分利用；口气体中能污染吸附剂的杂质；附系统的负荷。这一点主要是对处理污染物浓度较高的气体而言；⑤要能够有效地把握和调整吸附操作温度；⑥要易于更换吸附剂。其它因素的影响以提高吸附剂的选择性和增大吸附容量。附质从吸附剂上完全脱附出来，因而也就相应地影响了下一步的吸附操作。二、吸附原理本节所介绍的吸附理论也只能解释一局部吸附现象。等温线方程。下面介绍几种等温线方程。弗罗德里希〔Freundlich〕方程此方程是依据大量试验得出的： 1式中ykpn

吸附的吸附质的量；p——平衡压力；kn——取决于吸附剂或吸附质以及温度的常数。通常n1kn试验确定。两边取对数，则：logy=logk+1/nlogpy的值，即可作出1/nlogknk的值。弗罗德里希方程只适用于I型等温线的中压局部。〔Langmuir〕方程分子层吸附的理论，即兰米尔假设，被称作是著名的吸附理论，其要点是：围大约在分子大小的范围内，因此，吸附是单分子层的；吸附质分子之间不存在相互作用力；吸附剂外表具有均匀的吸附力气；在确定条件下，吸附和脱附可以建立动态平衡。一方面，被吸附在吸附剂外表的分子，通过热搅动可以从外表逸出，即解吸。解吸速率也取决于被分子掩盖的外外表积，当外外表积越少即外表越饱和时，θ被掩盖的外表分率为1θ由于分子碰撞单位外表的速率与气体的压力成正比，所以分子的吸附〔分散〕速率与压力和未被掩盖的外表分率成正比：v k(1)p吸1分子从外表的解吸速率应与外表被掩盖的速率成正比：v k解2件下，吸附与解吸到达平衡时，则有；k(1)pk1 2解出 kp令b=k/k，则上式可变： 1 1 2 k2

kp1 bp

(3-6)1 bp明显，每单位面积〔或质量〕的吸附剂所吸附的气体〔或蒸气〕的量У，必定与被掩盖的外表分率成正比：a，则上式变为：

yk

kbp1bpapy

(3-7)式〔3-7〕即为兰米尔的吸附等温线方程。式中a、b均为考虑系统特性由试验数据估算出来的常数，其大小取决于温度。由式〔3-7〕p很小〔低浓度〕1，吸附量与压a随温度上升而减小，可见吸附剂吸附气体的量随温度上升而削减。而对低浓度气体，提高压强有利于吸附。式〔3-7〕中的a、b是常数，可由试验求出。对〔3-7〕式两边除以p，再取倒数，得：(3-8)

p1bp、b。

有偏差，因此有它的局限性，但还是比弗罗德里希方程前进了一步。兰米尔方程还有另一种表示形式。假设以yVm分别表示吸附质的实际吸附量和全部固体外表盖满一个单分子层的气体吸附量，明显θ=y/V，将此关系代入式〔3-，即得：(3-9)

myVmbp1bp可知，当吸附质的分压很低时，bp＜1bp项〔3-9〕y=Vmbp，说明吸附量与吸附质在气相中的分m果。在式〔3-9〕b看作是吸附平衡常数，b值大小反映了气体分子的吸附强弱，b值大，表示吸附力气强。BET方程1938〔Brunaue和泰勒〔Telle〕〔1〕固体外表是均匀的，全部毛细管具有一样的直径〔2吸附质分子间无相互作用力〔3可以有多分子层吸附，层间分子力为范德华力〔4液化热。总吸附量为各层吸附量之和。依据以上假设，导出了BET吸附等温线BET吸附等温式： p 1 (C1)pp式中 p——平衡压力0p)p

V C VC 0,m mp压力下的吸附体积，mL；Vm 第一层全部复盖满时所吸附的体积，mL；————P0——试验温度下吸附质的饱和蒸气压；Pa;E E RTC=e 1 LRT式中 E1——第一吸附层的吸附热；E——气体的液化热ELASAP2400型比外表积测定仪。承受BET法，一般是用N2作吸附气体。BET方程的