第八章吸附

第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第二節(jié)吸附劑第三節(jié)吸附平衡理論第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)第一節(jié)吸附分離操作的基本概念一、吸附分離操作的分類二、吸附分離操作的應(yīng)用目前二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附是固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，當(dāng)某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這些不平衡力的吸引而停留在固體表面上

。被吸附到固體表面的組分——稱為吸附質(zhì)吸附吸附質(zhì)的多孔固體——稱為吸附劑吸附質(zhì)附著到吸附劑表面的過程——稱為吸附吸附質(zhì)從吸附劑表面逃逸到另一相的過程——稱為解吸吸附過程發(fā)生在——“氣－固”或“液－固”非均相界面基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附分離過程的適用范圍：

吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結(jié)合力強(qiáng)弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質(zhì)使混合物中難吸附與易吸附組分分離。

適宜的吸附劑對各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾、吸收等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質(zhì)的去除。吸附操作條件比較容易實(shí)現(xiàn)。吸附操作缺點(diǎn)，主要是理論尚不夠完善成熟。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)按作用力性質(zhì)分類：分物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附：吸附質(zhì)分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的，也稱為范德華吸附。吸附熱較?。ǚ艧徇^程，吸附熱在數(shù)值上與冷凝熱相當(dāng)），可在低溫下進(jìn)行；過程是可逆的，易解吸；相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質(zhì)；分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；可形成單分子吸附層或多分子吸附層。一、吸附分離操作的分類第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)化學(xué)吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的，其強(qiáng)弱取決于兩種分子之間化學(xué)鍵力的大小。如石灰吸附CO2→CaCO3

吸附熱大，一般在較高溫下進(jìn)行；具有選擇性，單分子層吸附；化學(xué)鍵力大時(shí)，吸附不可逆。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)⑴、化學(xué)吸附熱與化學(xué)反應(yīng)熱相近，比物理吸附熱大得多。如二氧化碳和氫在各種吸附劑上的化學(xué)吸附熱為83740J／mol和62800J／mol，而這兩種氣體的物理吸附熱約為25120J／mol和8374J／mol。⑵、化學(xué)吸附有較高的選擇性。如氯可以被鎢或鎳化學(xué)吸附。物理吸附則沒有很高的選擇性，它主要取決于氣體或液體的物理性質(zhì)及吸附劑的特性。⑶、化學(xué)吸附時(shí)，溫度對吸附速率的影響較顯著，溫度升高則吸附速率加快，因其是一個(gè)活化過程，故又稱活化吸附。而物理吸附即使在低溫下，吸附速率也可能較大，因它不屬于活化吸附。⑷、化學(xué)吸附總是單分子層或單原子層，而物理吸附則不同，低壓時(shí)，一般是單分子層，但隨著吸附質(zhì)分壓增大，吸附層可能轉(zhuǎn)變成多分子層。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)化學(xué)吸附化學(xué)鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征表面能降低，為放熱反應(yīng)；吸附無選擇性，分子引力隨分子量增大而增加；無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附按原料組成分類：大吸附量分離和雜質(zhì)去除按分離機(jī)理分類：位阻效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和平衡效應(yīng)第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)二、吸附分離操作的應(yīng)用吸附分離操作的應(yīng)用范圍很廣，既可以對氣體或液體混合物中的某些組分進(jìn)行大吸附量分離，也可以去除混合物中的痕量雜質(zhì)。日常生活：木炭吸濕、吸臭；防腐劑；吸濕劑（硅膠）第九章第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

化工領(lǐng)域：產(chǎn)品的分離提純，如制糖品工業(yè)，用活性炭處理糖液，吸附其中雜質(zhì)，得到潔白的產(chǎn)品。

環(huán)境領(lǐng)域：水：脫色脫臭，有害有機(jī)物的去除，金屬離子，氮、磷

空氣：脫濕，有害氣體，脫臭特別適合于低濃度混合物的分離第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)給水處理嗅、味的吸附凈化；微量污染物的吸附凈化。廢水處理典型有機(jī)污染物的吸附回收(酚、苯等)；組合工藝的達(dá)標(biāo)把關(guān)措施；應(yīng)用第一節(jié)吸附分離操作的基本概念活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。目前十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)煉油廠、印染廠廢水的深度處理

某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。

廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；②對有機(jī)溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當(dāng)處理的氣體量較小時(shí)，用吸附法靈活方便。

脫除水分、有機(jī)蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。氣體處理第一節(jié)吸附分離操作的基本概念目前十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)一、幾種常用的吸附劑二、吸附劑再生三、吸附劑的性能要求四、吸附劑選擇的影響因素第二節(jié)吸附劑目前十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)一、幾種重常見吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二節(jié)吸附劑目前十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（一）活性炭

活性炭是應(yīng)用最為廣泛的吸附劑。是由煤或木質(zhì)原料加工得到的產(chǎn)品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸稈等都可以加工成黑炭，經(jīng)活化后制成活性炭。炭化：把原料熱解成炭渣，溫度：200－600度活化：形成發(fā)達(dá)的細(xì)孔。兩種辦法:氣體法：通入水蒸氣，溫度在800－1000度；藥劑法：加入氯化鋅、硫酸、磷酸等比表面積：500－1700m2/g第二節(jié)吸附劑目前十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)比表面積越大，吸附量越大：但應(yīng)注意對一些大分子，微孔所提供的比表面積基本上不起作用?；钚蕴考?xì)孔分布情況：

微孔：<2nm，占總比表面95％：主要支配吸附量過渡孔：2-100nm，<5％：起通道和吸附作用大孔：100-10000nm，不足1％：主要起通道作用，影響吸附速度。第二節(jié)吸附劑目前十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

活性炭的優(yōu)點(diǎn)：是吸附容量大，抗酸耐堿、化學(xué)穩(wěn)定性好，解吸容易，在高溫下進(jìn)行解吸再生時(shí)其晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，熱穩(wěn)定性高，經(jīng)多次吸附和解吸操作，仍能保持原有的吸附性能。

活性炭常用于溶劑回收，溶液脫色、除臭、凈制等過程。是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的吸附劑。第二節(jié)吸附劑目前十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（二）活性炭纖維活性炭纖維吸附能力比一般活性炭要高1～10倍?；钚蕴坷w維分為兩種：(1)將超細(xì)活性炭微粒加入增稠劑后與纖維混紡制成單絲，或用熱熔法將活性炭粘附于有機(jī)纖維或玻璃纖維上，也可以與紙漿混粘制成活性炭紙。(2)以人造絲或合成纖維為原料，與制備活性炭一樣經(jīng)過炭化和活化兩個(gè)階段，加工成具有一定比表面積和一定孔分布結(jié)構(gòu)的活性炭纖維。第二節(jié)吸附劑目前二十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（三）活性氧化鋁化學(xué)式：Al2O3nH2O含水氧化鋁加熱脫水制成的一種極性吸附劑。與硅膠相比，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度比表面積約為200～300m2/g，對水分有極強(qiáng)的吸附能力。主要用于氣體和液體的干燥、石油氣的濃縮與脫硫的吸附。第二節(jié)吸附劑目前二十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（四）沸石分子篩每一種分子篩都有相對均一的孔徑，其大小隨分子篩種類的不同而異。強(qiáng)極性吸附劑，對極性分子如H2O、CO2、H2S等有很強(qiáng)的親和力，對氨氮的吸附效果好，而對有機(jī)物的親和力較弱。第二節(jié)吸附劑目前二十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

具有特定的均勻一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸鋁骨架結(jié)構(gòu)。比表面約為800～1000m2/g。

這些骨架結(jié)構(gòu)里面有空洞，即所謂“窗口”，窗口的尺寸就限制了可以進(jìn)入的分子大小。比它小的分子可以進(jìn)入，比它大的分子就被拒于“窗外”。這樣，它只能允許比其微孔孔徑小的分子吸附上去，比其大的分子則不能進(jìn)入，有分子篩的作用，故稱為分子篩。第二節(jié)吸附劑目前二十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)分子篩(合成沸石)一般可用

式表示的含水硅酸鹽。其中M表示金屬離子，多數(shù)為鈉、鉀、鈣，也可以是有機(jī)胺或復(fù)合離子。n表示復(fù)合離子的價(jià)數(shù)，y和w分別表示SiO4和H2O的分子數(shù)，y又稱為硅鋁比，硅鋁比為2左右的稱為A型分子篩，3左右的稱為X型分子篩，3以上稱為Y型分子篩。根據(jù)原料配比、組成和制造方法不同，可以制成不同孔徑(一般從3?到8?)和形狀(圓形、橢圓形)的分子篩。分子篩是極性吸附劑，對極性分子，尤其對水具有很大的親和力。由于分子篩突出的吸附性能，使得它在吸附分離中有著廣泛的應(yīng)用，主要用于各種氣體和液體的干燥，芳烴或烷烴的分離及用作催化劑及催化劑載體等。第二節(jié)吸附劑目前二十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

（五）硅膠是一種堅(jiān)硬無定形鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒硅膠的化學(xué)式：SiO2nH20用硫酸處理硅酸鈉水溶液，生成凝膠。水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便可得到玻璃狀的硅膠。硅膠是極性吸附劑，難于吸附非極性物質(zhì)，易于吸附極性物質(zhì)（如水、甲醇等）吸濕，高濕度氣體的干燥。

第二節(jié)吸附劑目前二十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)二、吸附劑的再生當(dāng)吸附進(jìn)行一定時(shí)間后吸附劑的表面就會(huì)被吸附物所覆蓋，使吸附能力急劇下降，此時(shí)就需將被吸附物脫附，使吸附劑得到再生。吸附劑的再生，即吸附劑脫附，通常采用的方法：提高溫度或降低吸附質(zhì)在氣相中的分壓，這樣的結(jié)果：吸附質(zhì)將以原來的形態(tài)從吸附劑上回到氣相或液相，這種現(xiàn)象稱為“脫附”，所以物理吸附過程是可逆的。吸附分離過程正是利用物理吸附的這種可逆性來實(shí)現(xiàn)混合物的分離。第二節(jié)吸附劑目前二十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)(1)升高溫度吸附為放熱過程。從熱力學(xué)觀點(diǎn)可知，溫度降低有利于吸附，溫度升高有利于脫附。這是因?yàn)榉肿拥膭?dòng)能隨溫度的升高而增加，使吸附在固體表面上的分子不穩(wěn)定，不易被吸附劑表面的分子吸引力所控制，也就越容易逸入氣相中去。

變溫吸附——吸附操作通常是在低溫下進(jìn)行，然后提高操作溫度使被吸附組分脫附。通常用水蒸汽直接加熱吸附劑使其升溫解吸，解吸物與水蒸汽冷凝后分離。吸附劑則經(jīng)間接加熱升溫干燥和冷卻等階段組成變溫吸附過程，吸附劑循環(huán)使用。

第二節(jié)吸附劑目前二十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)(2)降低壓力吸附過程與氣相的壓力有關(guān)。壓力高，吸附進(jìn)行得快，脫附進(jìn)行得慢。當(dāng)壓力降低時(shí)，脫附現(xiàn)象開始顯著。所以操作壓力降低后，被吸附的物質(zhì)就會(huì)脫離吸附劑表面返回氣相。有時(shí)為了脫附徹底，甚至采用抽真空的辦法。

這種改變壓力的再生操作，在變壓吸附中廣為應(yīng)用。如吸附分離高純度氫，先是在1.37～4.12MPa壓力下吸附，然后在常壓下脫附，從而可得到高純度氫，吸附劑也得到再生。變壓吸附

——根據(jù)系統(tǒng)操作壓力變化不同，變壓吸附循環(huán)可以是常壓吸附、真空解吸，加壓吸附、常壓解吸，加壓吸附、真空解吸等幾種方法。

第二節(jié)吸附劑目前二十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

(3)通氣吹掃將吸附劑所不吸附或基本不吸附的氣體通入吸附劑床層，進(jìn)行吹掃，以降低吸附劑上的吸附質(zhì)分壓，從而達(dá)到脫附。當(dāng)吹掃氣的量一定時(shí)，脫附物質(zhì)的量取決于該操作溫度和總壓下的平衡關(guān)系。

第二節(jié)吸附劑目前二十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

(4)置換脫附向床層中通入另一種流體，當(dāng)該流體被吸附劑吸附的程度較吸附質(zhì)弱時(shí)，通入的流體就將吸附質(zhì)置換與吹掃出來，這種流體稱為脫附劑。

如果通入的脫附劑，其被吸附程度比吸附質(zhì)強(qiáng)時(shí)，則純屬置換脫附，否則就兼有吹掃作用。脫附劑被吸附的能力越強(qiáng)，則吸附質(zhì)脫附就越徹底。這種脫附劑置換脫附的方法特別適用于熱敏性物質(zhì)。當(dāng)然，采用置換脫附時(shí)，還需將脫附劑進(jìn)行脫附。

溶劑置換

在恒溫恒壓下，已吸附飽和的吸附劑可用溶劑將床層中已吸附的吸附質(zhì)沖洗出來，同時(shí)使吸附劑解吸再生。常用的溶劑有水、有機(jī)溶劑等各種極性或非極性物質(zhì)。第二節(jié)吸附劑目前三十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附容量大：由于吸附過程發(fā)生在吸附劑表面，所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小。選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。穩(wěn)定性好：吸附劑應(yīng)具有較好的熱穩(wěn)定性，在較高溫度下解吸再生其結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生太大的變化。同時(shí)，還應(yīng)具有耐酸堿的良好化學(xué)穩(wěn)定性。有巨大的內(nèi)表面適當(dāng)?shù)奈锢硖匦粤畠r(jià)易得

具有一定吸附能力的多孔物質(zhì)都可以作吸附劑.三、吸附劑的性能要求第二節(jié)吸附劑目前三十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)四、吸附劑選擇的影響因素如何選擇適宜的吸附劑？——需要根據(jù)被分離對象、分離條件和吸附劑本身的特點(diǎn)確定——需要進(jìn)行試驗(yàn)研究第二節(jié)吸附劑目前三十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)四、吸附劑選擇的影響因素(一)吸附劑結(jié)構(gòu)(二)吸附質(zhì)的性質(zhì)(三)操作條件第二節(jié)吸附劑目前三十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)一、吸附平衡與平衡吸附量二、吸附等溫線三、單一氣體的吸附平衡四、液相吸附平衡第三節(jié)吸附平衡理論目前三十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)在一定條件下，當(dāng)流體（氣體或液體）和吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)將被吸附劑所吸附。吸附速度解吸速度當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，流體中吸附質(zhì)濃度不再改變時(shí)→→吸附平衡吸附劑吸附能力用吸附量q表示。

一、吸附平衡與平衡吸附量第三節(jié)吸附平衡理論目前三十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)1、吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當(dāng)流體(氣體或液體)與固體吸附劑經(jīng)長時(shí)間充分接觸后，吸附質(zhì)在流體相和固體相中的濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。

2、吸附過程的方向和極限：吸附平衡關(guān)系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。若流體中吸附質(zhì)濃度高于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被吸附，若流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被解吸，最終達(dá)吸附平衡，過程停止。

3、吸附平衡的影響因素：單位質(zhì)量吸附劑的平衡吸附量受到許多因素的影響，如吸附劑的物理結(jié)構(gòu)(尤其是表面結(jié)構(gòu))和化學(xué)組成，吸附質(zhì)在流體相中的濃度，操作溫度等。第三節(jié)吸附平衡理論目前三十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)二、吸附等溫線

在一定溫度下溶質(zhì)分子在兩相界面上進(jìn)行的吸附過程達(dá)到平衡時(shí)，它們在兩相中濃度之間的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。不論吸附力的性質(zhì)如何，在一定溫度下，氣、固兩相經(jīng)過充分接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。這時(shí)，披吸附組分在固相中的濃度和與固相接觸的氣相中的濃度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系。在一定溫度下，分離物質(zhì)在液相和固相中的濃度關(guān)系可用吸附方程式來表示。第三節(jié)吸附平衡理論目前三十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)1.弗蘭德里希（Freunlich）方程：x—被吸附組分的質(zhì)量，kg；m—吸附劑的質(zhì)量，kg；x／m——吸附劑的吸附容量，kg(吸附質(zhì))/kg(吸附劑)；p—平衡時(shí)被吸附組分在氣相中的分壓，atm；a、n—經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)及溫度有關(guān)，通常n＞1，其值由實(shí)驗(yàn)確定。Freundlich方程為經(jīng)驗(yàn)公式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果。第三節(jié)吸附平衡理論目前三十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)弗蘭德里希公式參數(shù)的求解：對吸附等溫式兩邊取對數(shù)：lga

雙對數(shù)坐標(biāo)1/n1/n越小，說明吸附可在相當(dāng)寬的濃度范圍下進(jìn)行。一般認(rèn)為1/n=0.1–0.5時(shí)容易吸附第三節(jié)吸附平衡理論目前三十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)2.朗格謬爾（langmuir)公式方程推導(dǎo)的基本假定：吸附劑表面性質(zhì)均一，每一個(gè)具有剩余價(jià)力的表面分子或原子吸附一個(gè)氣體分子。吸附質(zhì)在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動(dòng)態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動(dòng)影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質(zhì)分子之間無作用力。第三節(jié)吸附平衡理論目前四十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)單分子層吸附的Langmuir方程：

p——吸附質(zhì)的平衡分壓，PaA——吸附質(zhì)的吸附平衡常數(shù)；Vm——全部固體表面蓋滿一個(gè)單分子層時(shí)所吸附的氣體體積。第三節(jié)吸附平衡理論目前四十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)如何求解langmuir公式參數(shù)？1/pm/x1/Vm1/(AVm)公式變換得：第三節(jié)吸附平衡理論目前四十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)當(dāng)p很小時(shí)，則：x/m=AVmp呈亨利定律，即吸附量與氣體的平衡分壓成正比。當(dāng)p時(shí)，

q=Vm此時(shí)，吸附量與氣體分壓無關(guān)，吸附劑表面被占滿，形成單分子層。Langmuir公式分析：第三節(jié)吸附平衡理論目前四十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)3.BET公式由Brunaner,Emmett和Teller3人提出的?；诙喾肿訉游剑贚angmuir公式基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的。假設(shè)：吸附分子在吸附劑上是按各個(gè)層次排列的。吸附過程取決于范德華引力，吸附質(zhì)可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。每一層吸附都符合Langmuir公式。第三節(jié)吸附平衡理論目前四十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)V——在壓力為P、溫度為T條件下被吸附氣體的體積；P0——在吸附溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓力；C——常數(shù)，與吸附質(zhì)的汽化熱有關(guān)。BET公式中的參數(shù)Vm和C可以通過實(shí)驗(yàn)測定。通常只適用于比壓（p/p0）約在0.05～0.35比壓小于<0.05，建立不起多層物理吸附平衡；比壓>0.35，毛細(xì)凝聚變得顯著，破壞多層物理吸附平衡。第三節(jié)吸附平衡理論目前四十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附平衡理論三、單一氣體的吸附平衡不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線第三節(jié)吸附平衡理論q=f(p,T)目前四十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)混合氣體中有兩種組分發(fā)生吸附時(shí)，每種組分吸附量均受另一種組分的影響?；钚蕴繉σ彝榈奈捷^多，而硅膠對乙烯的吸附較多。乙烷-乙烯混合氣體的平衡吸附(25℃，101.325kPa)第三節(jié)吸附平衡理論目前四十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)各組分的吸附量qA0、qB0分別為各組分單獨(dú)存在且壓力等于雙組分總壓時(shí)的平衡吸附量qA、qB為混合氣體吸附平衡時(shí)吸附量第三節(jié)吸附平衡理論目前四十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；選擇最佳的吸附劑；吸附劑的最佳吸附條件；不同吸附劑的吸附特性對比；混合吸附質(zhì)的競爭吸附比較。吸附模型的工程意義第三節(jié)吸附平衡理論目前四十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)1.液相吸附的特點(diǎn)液相吸附的機(jī)理比氣相復(fù)雜。在吸附質(zhì)發(fā)生吸附時(shí)，溶劑也有可能被吸附。影響因素包括：除溫度和溶質(zhì)濃度外，溶劑種類、吸附質(zhì)的溶解度和離子化、各種溶質(zhì)之間的相互作用等。在溶劑的吸附作用忽略不計(jì)時(shí)，可以認(rèn)為是單組分吸附。四、液相吸附平衡第三節(jié)吸附平衡理論目前五十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)2.吸附等溫線測定方法：假設(shè)溶劑不被吸附，或者液體混合物是溶質(zhì)的稀溶液測定溶液與吸附劑接觸前后的濃度變化達(dá)到吸附平衡時(shí)：V：液體容積，m：吸附劑質(zhì)量：吸附平衡時(shí)，液相中溶質(zhì)濃度0：吸附前，液相中溶質(zhì)濃度q=V(0-)/m第三節(jié)吸附平衡理論目前五十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)3.吸附等溫式Freundlich吸附等溫方程式：q——平衡吸附量，kg/kga——和吸附劑種類、特性、溫度以及所用單位有關(guān)的常數(shù)n——常數(shù)，和溫度有關(guān)——吸附質(zhì)在液相中的平衡濃度,mg/L第三節(jié)吸附平衡理論目前五十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)一、吸附機(jī)理二、吸附的傳質(zhì)速率方程

目前五十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)

(1)外部擴(kuò)散。吸附劑周圍的流體相中組分A擴(kuò)散穿過流體膜到達(dá)固體吸附劑表面。(2)

內(nèi)部擴(kuò)散。組分A從固體表面進(jìn)入其微孔道，在微孔道的吸附流體相中擴(kuò)散到微孔表面。(3)

吸附。擴(kuò)散到微孔表面的組分A分子被固體所吸附，完成吸附。(4)脫附。已被吸附的組分A分子，部分脫附，離開微孔道表面。(5)內(nèi)反擴(kuò)散。脫附的組分A分子從孔道內(nèi)吸附流體相擴(kuò)散到吸附劑外表面。

固體吸附顆粒在流體中吸附過程的示意圖(6)外反擴(kuò)散。組分A分子從外表面反擴(kuò)散穿過流體膜，進(jìn)入外界周圍的流體中，從而完成脫附。一、吸附機(jī)理目前五十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（1）吸附質(zhì)從流體主體擴(kuò)散到吸附劑外表面——外擴(kuò)散（2）吸附質(zhì)由吸附劑的外表面向微孔中的內(nèi)表面擴(kuò)散——內(nèi)擴(kuò)散（3）吸附質(zhì)在吸附劑的內(nèi)部表面上被吸附一般第(3)步的速度很快，吸附傳質(zhì)速率主要取決于第(1)和(2)兩步。外擴(kuò)散速度很慢——外擴(kuò)散控制內(nèi)擴(kuò)散速度很慢——內(nèi)擴(kuò)散控制吸附劑從流體中吸附吸附質(zhì)的傳質(zhì)過程第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)目前五十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對運(yùn)動(dòng)速度，可提高速度孔隙擴(kuò)散速度吸附劑顆粒越小，速度越快第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)目前五十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)影響吸附的因素衡量指標(biāo)吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)目前五十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附速率：

1、定義：

當(dāng)含有吸附質(zhì)的流體與吸附劑接觸時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附劑吸附，吸附質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)被吸附的量稱為吸附速率。吸附速率是吸附過程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)操作的重要參量。

2、影響因素：

吸附速率與體系性質(zhì)(吸附劑、吸附質(zhì)及其混合物的物理化學(xué)性質(zhì))、操作條件(溫度、壓力、兩相接觸狀況)以及兩相組成等因素有關(guān)。第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)目前五十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附過程不同階段的吸附速率大?。?/p>

對于一定體系，在一定的操作條件下，兩相接觸、吸附質(zhì)被吸附劑吸附的過程如下：⑴開始時(shí)，吸附質(zhì)在流體相中濃度較高，在吸附劑上的含量較低，遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，傳質(zhì)推動(dòng)力大，故吸附速率高。⑵過程中期，隨著過程的進(jìn)行，流體相中吸附質(zhì)濃度降低，吸附劑上吸附質(zhì)含量增高，傳質(zhì)推動(dòng)力降低吸附速率逐漸下降，⑶末期平衡時(shí)，經(jīng)過很長時(shí)間，吸附質(zhì)在兩相間接近平衡，吸附速率趨近于零。

第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)目前五十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

根據(jù)上述機(jī)理，對于某一瞬間，按擬穩(wěn)態(tài)處理，吸附速率可分別用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散或總傳質(zhì)速率方程表示。1、外擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程：

q—吸附劑上吸附質(zhì)的含量，kg吸附質(zhì)/kg吸附劑；θ—時(shí)間，s；—每千克吸附劑的吸附速率，kg/s·kg；aF—吸附劑的比外表面，m2/kg；C—流體相中吸附質(zhì)的平均濃度，kg/m3

；Ci—吸附劑外表面上流體相中吸附質(zhì)的濃度，kg/m3；kF—流體相側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)，m/s。第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)二、吸附的傳質(zhì)速率方程

目前六十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)2、內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程：

ks—吸附劑固相側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)，kg

/s·m；

qi—吸附劑外表面上的吸附質(zhì)含量，kg/kg；q—吸附劑上吸附質(zhì)的平均含量，kg/kg。第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)二、吸附的傳質(zhì)速率方程

目前六十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)3、總傳質(zhì)速率方程

C*—與吸附質(zhì)含量為的吸附劑呈平衡的流體中吸附質(zhì)的濃度

，kg

/m3；

q*—與吸附質(zhì)濃度為C的流體呈平衡的吸附劑占吸附質(zhì)的含量

，kg/kg；KF

—以表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)

，m/s。Ks

—以表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)

，kg/s·m2。第四節(jié)吸附動(dòng)力學(xué)二、吸附的傳質(zhì)速率方程

目前六十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)一、間歇吸附二、固定床吸附三、移動(dòng)床吸附四、流化床吸附

第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前六十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附設(shè)備操作方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前六十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)一、間歇吸附間歇式接觸過濾吸附是一種專門用于液體吸附的方法。將吸附劑與被處理的溶液加入到攪拌的吸附槽中，經(jīng)過足夠的接觸時(shí)間后，將液體和吸附劑分離。操作方式可以分為單級吸附、多級吸附和逆流吸附等第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前六十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)液體接觸過濾器示意圖活性炭染料廢水處理水第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線含鹽量較大的高色度有機(jī)廢水，無機(jī)鹽濃度為15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有機(jī)物主要是苯系、萘系化合物(BOD5/COD一般為0.02～0.2)，并具有很強(qiáng)的毒性目前六十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（一）單級吸附G,0G,1L,x0L,x1

溶劑量G和吸附劑量L不變。根據(jù)質(zhì)量守恒定律：G：溶劑量，m3；L：吸附劑量，kgx0,x1：吸附質(zhì)在進(jìn)、出吸附槽的吸附劑中的濃度，kg（吸附質(zhì)）/kg（吸附劑）0,1：吸附質(zhì)在進(jìn)、出吸附槽的溶液中的濃度，kg（吸附質(zhì)）/m3（溶劑）吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前六十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)過端點(diǎn)（x0,0）和（x1,1），斜率為－L/G的直線假設(shè)在該級操作中，固－液之間達(dá)到平衡，即為一個(gè)理論級，則（x1,1）點(diǎn)在平衡線上。01x0x1x操作線平衡線單級吸附操作線第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前六十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)如果吸附平衡關(guān)系可用弗蘭德里希公式表示，則吸附平衡可表示為：

聯(lián)立操作線方程和平衡線方程，可求出固、液相的極限濃度x1,1。如何求出固、液相的極限濃度x1,1？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝a1/n或已知x1,1，求固液比L/G：x0＝0時(shí)n>101x-L/G目前六十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（二）多級吸附G,0G,

1L1,x0L1,x1G,

2L2,x0L2,x2對于第1級：對于第2級：第1級第2級吸附劑第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前七十頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)

0

1x0x1x操作線平衡線x2

2A1A2如果吸附平衡可表示為：x0=0時(shí)，每一級都是理論級，即（x1,1）和（x2,2）都在平衡線上。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線x＝a1/n目前七十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)對于最小吸附劑總用量，d[(L1+L2)/G]/d1＝0對于一定體系和分離要求，a,n,0及2為常數(shù)，則得：即當(dāng)1符合上式時(shí)，總吸附劑用量為最小。由上式求出1,然后再計(jì)算各級所需要的吸附劑用量。吸附劑用量如何計(jì)算？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前七十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)（三）逆流多級吸附G,012mL,x1L,xm+1x2

x312m上式為逆流吸附操作線方程。理論級數(shù)，可通過在平衡線和操作線之間做階梯確定。吸附劑溶液第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線對第m級做物料衡算：以整個(gè)流程為體系，做吸附質(zhì)的物料衡算：目前七十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)0xm+1x1x操作線平衡線m理論級數(shù)：2理論級數(shù)的圖解法第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線目前七十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十點(diǎn)吸附劑量的計(jì)算過B點(diǎn)做不同斜率的操作線，求出最小吸附劑量。0x