1、第六章第六章 吸附法凈化氣態污染物吸附法凈化氣態污染物吸附及吸附劑吸附機理吸附裝置及工藝引引 言言 1、吸附凈化的概念：、吸附凈化的概念：（1）多孔性固體物質具有選擇性吸附廢氣中的一種或）多孔性固體物質具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點。多種有害組分的特點。（2）吸附凈化是利用多孔性固體物質的這一特點，實）吸附凈化是利用多孔性固體物質的這一特點，實現凈化廢氣的一種方法。現凈化廢氣的一種方法。2、吸附凈化法的特點、吸附凈化法的特點（1）適用范圍）適用范圍 常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；的氣體量不宜過大； 對有

2、機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率； 當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。（2）優點：凈化效率高，可回收有用組分，設備簡單，）優點：凈化效率高，可回收有用組分，設備簡單，易實現自動化控制。易實現自動化控制。（3）缺點：吸附容量小，設備體積大；吸附劑容量往往）缺點：吸附容量小，設備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作麻煩且設有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作麻煩且設備利用率低。備利用率低。（4）應用：廣泛應用于有機化工、石油化工等部門。）應用：廣泛應用于有機化工、石油化工等部門。 環境治理方面

3、：廢氣治理中，脫除水分、有機蒸汽、環境治理方面：廢氣治理中，脫除水分、有機蒸汽、惡臭、惡臭、HF 、SO2、NOX等。等。l 2吸附的分類吸附的分類 l1）物理吸附：也稱為范德華吸附，它是吸附質和吸附劑以）物理吸附：也稱為范德華吸附，它是吸附質和吸附劑以分子間作用力為主的吸附。分子間作用力為主的吸附。l（1）非選擇性吸附。吸附力為固體表面的原子或基團與外非選擇性吸附。吸附力為固體表面的原子或基團與外來分子間的引力，本質是范德華力。來分子間的引力，本質是范德華力。l（2）分子篩效應。多孔固體的微孔孔徑是均一的，而且與）分子篩效應。多孔固體的微孔孔徑是均一的，而且與分子尺寸相當。小于微孔孔徑的分子

4、可以進入微孔而被吸附，分子尺寸相當。小于微孔孔徑的分子可以進入微孔而被吸附，比孔徑大的分子則被排斥在外，這種現象稱為分子篩效應。比孔徑大的分子則被排斥在外，這種現象稱為分子篩效應。 l（3）通過微孔的擴散。利用氣體在多孔固體中擴散速率的）通過微孔的擴散。利用氣體在多孔固體中擴散速率的差別可以將混合物分離。差別可以將混合物分離。 l（4）微孔中的凝聚。多數情況下毛細管上的可凝氣體會在）微孔中的凝聚。多數情況下毛細管上的可凝氣體會在小于其正常蒸氣壓的壓力下在毛細管中凝聚。因此多孔固體小于其正常蒸氣壓的壓力下在毛細管中凝聚。因此多孔固體周圍的可凝縮氣體會在與其孔徑對應的壓力下在微孔中凝聚。周圍的可凝

5、縮氣體會在與其孔徑對應的壓力下在微孔中凝聚。 l2）化學吸附：是吸附質和吸附劑分子間的化學鍵作用所引）化學吸附：是吸附質和吸附劑分子間的化學鍵作用所引起的吸附，也稱為起的吸附，也稱為“活性吸附活性吸附”。l3吸附質、吸附劑：吸附質、吸附劑：l在固體表面積蓄的組分稱為吸附質在固體表面積蓄的組分稱為吸附質(adsorbate)，l多孔固體稱為吸附劑多孔固體稱為吸附劑(adsorbent)，其，其主要特征為具有多孔結構和很大的比主要特征為具有多孔結構和很大的比表面積。表面積。l吸附技術：吸附技術：l目前已經開發出以下三類吸附過程流程：目前已經開發出以下三類吸附過程流程： l1）變溫吸附。吸附通常在環

6、境溫度進行，而解吸在）變溫吸附。吸附通常在環境溫度進行，而解吸在直接或間接加熱吸附劑的條件下完成，利用溫度的直接或間接加熱吸附劑的條件下完成，利用溫度的變化實現吸附和解吸再生循環操作。變化實現吸附和解吸再生循環操作。 l2）變壓吸附。在較高組分分壓的條件下選擇性吸附）變壓吸附。在較高組分分壓的條件下選擇性吸附氣體混合物中的某些組分，然后降低壓力或抽真空氣體混合物中的某些組分，然后降低壓力或抽真空使吸附劑解吸，利用壓力的變化完成循環操作。使吸附劑解吸，利用壓力的變化完成循環操作。 l3）變濃度吸附。）變濃度吸附。氣體混合物中的某些組分在環境條氣體混合物中的某些組分在環境條件下選擇性的吸附，然后用

7、少量強吸附性氣體解吸件下選擇性的吸附，然后用少量強吸附性氣體解吸再生。再生。 l吸附技術的應用吸附技術的應用 l（1）氣體或液體的脫水及深度干燥，如將乙烯氣體中的）氣體或液體的脫水及深度干燥，如將乙烯氣體中的水分脫到痕量，再聚合。水分脫到痕量，再聚合。 l（2）氣體或溶液的脫臭、脫色及溶劑蒸氣的回收，如在）氣體或溶液的脫臭、脫色及溶劑蒸氣的回收，如在噴漆工業中，常有大量的有機溶劑逸出，采用活性炭處理噴漆工業中，常有大量的有機溶劑逸出，采用活性炭處理排放的氣體，既減少環境的污染，又可回收有價值的溶劑。排放的氣體，既減少環境的污染，又可回收有價值的溶劑。 l（3）氣體中痕量物質的吸附分離，如純氮、

8、純氧的制取。）氣體中痕量物質的吸附分離，如純氮、純氧的制取。 l（4）分離某些精餾難以分離的物系，如烷烴、烯烴、芳）分離某些精餾難以分離的物系，如烷烴、烯烴、芳香烴餾分的分離。香烴餾分的分離。 l（5）廢氣和廢水的處理，如從高爐廢氣中回收一氧化碳）廢氣和廢水的處理，如從高爐廢氣中回收一氧化碳和二氧化碳，從煉廠廢水中脫除酚等有害物質。和二氧化碳，從煉廠廢水中脫除酚等有害物質。（1 1）物理吸附的特點）物理吸附的特點l吸附劑和吸附質之間通過分子間力作用所發生的吸吸附劑和吸附質之間通過分子間力作用所發生的吸附為物理吸附。附為物理吸附。l沒有選擇性。沒有選擇性。l吸附質并不固定在吸附劑表面的特定位置上

9、，而是吸附質并不固定在吸附劑表面的特定位置上，而是多少能在界面范圍內自由移動。多少能在界面范圍內自由移動。l物理吸附主要發生在低溫狀態下，放熱較小。物理吸附主要發生在低溫狀態下，放熱較小。l可以是單分子層或多分子層吸附。可以是單分子層或多分子層吸附。l解吸容易。解吸容易。l影響物理吸附的主要因素是吸附劑的表面積和細孔影響物理吸附的主要因素是吸附劑的表面積和細孔分布分布。（2 2）化學吸附的特點）化學吸附的特點l吸附劑和吸附質之間發生由化學鍵力引起的吸吸附劑和吸附質之間發生由化學鍵力引起的吸附稱為化學吸附。附稱為化學吸附。l有選擇性，即一種吸附劑只對某種或特定幾種有選擇性，即一種吸附劑只對某種或

10、特定幾種物質有吸附作用。物質有吸附作用。l一般為單分子層吸附，分子不能在表面自由移一般為單分子層吸附，分子不能在表面自由移動。動。l吸附牢固，解吸困難。吸附牢固，解吸困難。1.吸附類型：物理吸附和化學吸附吸附類型：物理吸附和化學吸附物理吸附物理吸附化學吸附化學吸附1.吸附力范德華力；吸附力范德華力；2.不發生化學反應；不發生化學反應；3.過程快，瞬間達到平衡；過程快，瞬間達到平衡；4.放熱反應；放熱反應；5.吸附可逆；吸附可逆；1.吸附力化學鍵力；吸附力化學鍵力；2.發生化學反應；發生化學反應；3.過程慢；過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；

11、物理吸附和化學吸附物理吸附和化學吸附同一污染物可能在較低溫度下發生物理吸附同一污染物可能在較低溫度下發生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時，發生化學吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時，發生化學吸附影響吸附的因素影響吸附的因素（1 1）吸附劑性質的影響）吸附劑性質的影響1 1）比表面積）比表面積單位重量吸附劑的表面積稱為比表面積。吸附劑單位重量吸附劑的表面積稱為比表面積。吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發達，其比表面積越大。吸的粒徑越小，或是微孔越發達，其比表面積越大。吸附劑的比表面積越大，則吸附能力越強。附劑的比表面積越大，則吸附能力越強。2 2）孔結構）孔結構l吸附劑內孔的大

12、小和分布對吸附性能影響很大。吸附劑內孔的大小和分布對吸附性能影響很大。l孔徑太大，比表面積小，吸附能力差。孔徑太大，比表面積小，吸附能力差。l孔徑太小，則不利于吸附質擴散，并對直徑較大的分孔徑太小，則不利于吸附質擴散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。子起屏蔽作用。一、吸附機理一、吸附機理表面化學性質表面化學性質l吸附劑在制造過程中會形成一定量的不均勻表吸附劑在制造過程中會形成一定量的不均勻表面氧化物，其成分和數量隨原料和活化工藝的面氧化物，其成分和數量隨原料和活化工藝的不同而異。不同而異。l表面氧化物成為選擇性的吸附中心，使吸附劑表面氧化物成為選擇性的吸附中心，使吸附劑具有類似化學吸附的能力，一

13、般說來，有助于具有類似化學吸附的能力，一般說來，有助于極性分子的吸附，削弱對非極性分子的吸附。極性分子的吸附，削弱對非極性分子的吸附。吸附質的性質吸附質的性質l對于一定的吸附劑，由于吸附質性質的差對于一定的吸附劑，由于吸附質性質的差異，吸附效果也不一樣。異，吸附效果也不一樣。l通常活性炭對有機物的吸附量隨有機物分通常活性炭對有機物的吸附量隨有機物分子量的增大而增加。子量的增大而增加。吸附劑吸附劑工業吸附劑必須滿足下列要求工業吸附劑必須滿足下列要求: :（a a）吸附能力強；（）吸附能力強；（b b）吸附選擇性好；）吸附選擇性好；（c c）吸附平衡濃度低；）吸附平衡濃度低；（d d）容易再生和再

14、利用；）容易再生和再利用；（e e）機械強度好；（）機械強度好；（f f）化學性質穩定；）化學性質穩定；（g g）來源廣；（）來源廣；（h h）價格低。）價格低。 一般工業吸附劑難于同時滿足這八個方面的要一般工業吸附劑難于同時滿足這八個方面的要求，應根據不同的場合選用求，應根據不同的場合選用. .10X分子篩氧化鋁樹脂活性炭活性炭纖維l2）分類）分類l吸附劑可分為兩大類：天然（如硅藻土、白土、天吸附劑可分為兩大類：天然（如硅藻土、白土、天然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化鋁、然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠、合成沸石分子篩、有機樹脂吸附劑等）。硅膠、合成沸石分子篩、有機樹

15、脂吸附劑等）。 l（1）活性炭）活性炭 l活性炭是最常用的非極性吸附劑。為疏水性和親有活性炭是最常用的非極性吸附劑。為疏水性和親有機物的吸附劑，具有很高的比表面積，活性炭的主機物的吸附劑，具有很高的比表面積，活性炭的主體是炭，表面上的官能團較少，極性較弱，對烴類體是炭，表面上的官能團較少，極性較弱，對烴類及衍生物的吸附能力強。及衍生物的吸附能力強。 l化學穩定性好，抗酸耐堿，熱穩性高，再生容易。化學穩定性好，抗酸耐堿，熱穩性高，再生容易。用于回收氣體中的有機氣體，脫除廢水中的有機物，用于回收氣體中的有機氣體，脫除廢水中的有機物，脫除水溶液中的色素。脫除水溶液中的色素。 l活性炭也可加工成炭分子

16、篩，孔徑范圍活性炭也可加工成炭分子篩，孔徑范圍0.2-1nm，能起到分子篩的作用又有活性炭的基本性質，對同能起到分子篩的作用又有活性炭的基本性質，對同系物或有機異構體有良好的選擇性。系物或有機異構體有良好的選擇性。 粒狀活性炭的主要指標粒狀活性炭的主要指標項目項目數值數值項目項目數值數值比表面積比表面積950-1500 m2/g孔隙容積孔隙容積0.85cm3/g堆積密度堆積密度0.44 g/cm3碘值碘值( (最小最小) )900mg/g顆粒密度顆粒密度1.3 g/cm3磨損值磨損值( (最小最小) )70%真密度真密度2.1 g/cm3灰分灰分( (最大最大) )7%有效粒經有效粒經0.8-

17、0.9 mm包裝后含水包裝后含水率率( (最大最大) )2%平均粒徑平均粒徑1.5-1.7 mm均勻系數均勻系數1.9l（2）硅膠）硅膠 l 硅膠的分子式通常用硅膠的分子式通常用SiO2nH2O表示。由表示。由H2 SiO3溶液經溶液經過縮合、除鹽、脫水等處理制得。比表面積達過縮合、除鹽、脫水等處理制得。比表面積達800 m2/g。工業用的硅膠有球型、無定形、加工成型和粉末狀四種。工業用的硅膠有球型、無定形、加工成型和粉末狀四種。硅膠是親水性的極性吸附劑，對不飽和烴、甲醇、水分等硅膠是親水性的極性吸附劑，對不飽和烴、甲醇、水分等有明顯的選擇性。主要用于氣體和液體的干燥、溶液的脫有明顯的選擇性。

18、主要用于氣體和液體的干燥、溶液的脫水。水。 l（3）活性氧化鋁）活性氧化鋁 l活性氧化鋁的化學式是活性氧化鋁的化學式是Al2O3nH2O。活性氧化鋁表面上。活性氧化鋁表面上具有高官能團密度，這些官能團為極性分子的吸附提供了具有高官能團密度，這些官能團為極性分子的吸附提供了活性中心。因此活性氧化鋁是一種極性吸附劑，其比表面活性中心。因此活性氧化鋁是一種極性吸附劑，其比表面積約為積約為200500 m2/g，對水分有很強的吸附能力，可脫，對水分有很強的吸附能力，可脫水至水至1*10-6。用不同的原料，在不同的工藝條件下，可制。用不同的原料，在不同的工藝條件下，可制得不同結構、不同性能的活性氧化鋁。

19、得不同結構、不同性能的活性氧化鋁。 l活性氧化鋁主要用于氣體的干燥和液體的脫水，如汽油、活性氧化鋁主要用于氣體的干燥和液體的脫水，如汽油、煤油、芳烴等化工產品的脫水；空氣、氦、氫氣、氯氣、煤油、芳烴等化工產品的脫水；空氣、氦、氫氣、氯氣、氯化氫和二氧化硫等氣體的干燥。氯化氫和二氧化硫等氣體的干燥。 l（4）分子篩）分子篩 l沸石分子篩也稱為沸石，是硅鋁酸金屬鹽的晶體，沸石分子篩也稱為沸石，是硅鋁酸金屬鹽的晶體，它是一種強極性的吸附劑，對極性分子，特別是它是一種強極性的吸附劑，對極性分子，特別是對水有很大的親和能力，一般比表面積可達對水有很大的親和能力，一般比表面積可達750 m2/g，具有很強

20、的選擇性。常用于石油餾分的分，具有很強的選擇性。常用于石油餾分的分離、各種氣體和液體的干燥等場合，如從混合二離、各種氣體和液體的干燥等場合，如從混合二甲苯中分離出對二甲苯，從空氣中分離氧。甲苯中分離出對二甲苯，從空氣中分離氧。 l（5）吸附樹脂）吸附樹脂 l吸附樹脂是具有網狀結構的高分子聚合物，常用吸附樹脂是具有網狀結構的高分子聚合物，常用的有聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸樹脂。單體的變化的有聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸樹脂。單體的變化和單體上官能團的變化可以賦予樹脂各種特殊的和單體上官能團的變化可以賦予樹脂各種特殊的性能。吸附樹脂有強極性、弱極性、非極性、中性能。吸附樹脂有強極性、弱極性、非極性、中極性極

21、性4大類。大類。l吸附劑的性能：吸附劑的性能： l吸附劑具有良好的吸附特性，主要是因為它有多孔結構和吸附劑具有良好的吸附特性，主要是因為它有多孔結構和較大的比表面積，下面介紹與孔結構和比表面積有關的基較大的比表面積，下面介紹與孔結構和比表面積有關的基礎性能。礎性能。 l（1）密度）密度 l1a）填充密度）填充密度 B（又稱體積密度）（又稱體積密度） 是指單位填充體積的吸是指單位填充體積的吸附劑質量。通常將烘干的吸附劑裝入量筒中，搖實至體積附劑質量。通常將烘干的吸附劑裝入量筒中，搖實至體積不變，此時吸附劑的質量與該吸附劑所占的體積比稱為填不變，此時吸附劑的質量與該吸附劑所占的體積比稱為填充密度。

22、充密度。 l2a）表觀密度）表觀密度 P（又稱顆粒密度）（又稱顆粒密度） 定義為單位體積吸附定義為單位體積吸附劑顆粒本身的質量。劑顆粒本身的質量。 l3a）真實密度）真實密度 t 是指扣除顆粒內細孔體積后單位體積吸附是指扣除顆粒內細孔體積后單位體積吸附劑的質量。劑的質量。 l（2）吸附劑的比表面積）吸附劑的比表面積 l吸附劑的比表面積是指單位質量的吸附劑所具有的吸吸附劑的比表面積是指單位質量的吸附劑所具有的吸附表面積，附表面積，g。吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸。吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸附劑的比表面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡附劑的比表面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡孔、微孔。

23、吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為孔、微孔。吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為主，常采用氣相吸附法測定。主，常采用氣相吸附法測定。 l（3）吸附容量）吸附容量 l吸附容量是指吸附劑吸滿吸附質時的吸附量（單位質吸附容量是指吸附劑吸滿吸附質時的吸附量（單位質量的吸附劑所吸附吸附質的質量），它反映了吸附劑量的吸附劑所吸附吸附質的質量），它反映了吸附劑吸附能力的大小。吸附量可以通過觀察吸附前后吸附吸附能力的大小。吸附量可以通過觀察吸附前后吸附質體積或質量的變化測得。也可用電子顯微鏡等觀察質體積或質量的變化測得。也可用電子顯微鏡等觀察吸附劑固體表面的變化測得。吸附劑固體表面的變化測得。 常用吸附劑特

24、性常用吸附劑特性吸附劑類型吸附劑類型活性炭活性炭活性氧化活性氧化鋁鋁硅膠硅膠沸石分子篩沸石分子篩4A5A13x堆 積 密 度堆 積 密 度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800熱容熱容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作溫度上操作溫度上限限/K423773673873873873平均孔徑平均孔徑/15251848224513再 生 溫 度再 生 溫 度 /K373413473523393423473573473573473573比表面積比表面積 / /g-16001600210360600第二節

25、第二節 吸附機理吸附機理l一一 吸附平衡吸附平衡 l吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當氣體與固體吸附劑經吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當氣體與固體吸附劑經長時間充分接觸后，吸附質在長時間充分接觸后，吸附質在氣體相和固體相中的濃度達氣體相和固體相中的濃度達到平衡狀態，稱為吸附平衡。到平衡狀態，稱為吸附平衡。l平衡吸附量：當溫度、壓強一定時，吸附劑與流體長時間平衡吸附量：當溫度、壓強一定時，吸附劑與流體長時間接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑和已吸附的吸附接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑和已吸附的吸附質）與流體達到平衡，此時的吸附量為平衡吸附量。質）與流體達到平衡，此時的吸附量為平衡吸附量。

26、l平衡濃度：達到吸附平衡時吸附質在氣相中的濃度稱為平平衡濃度：達到吸附平衡時吸附質在氣相中的濃度稱為平衡濃度。平衡吸附量則是指吸附質在吸附劑中的濃度。衡濃度。平衡吸附量則是指吸附質在吸附劑中的濃度。l吸附過程的方向和極限：吸附平衡關系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據。若流體中吸附質濃度高于平衡濃度，則吸附質將被吸附，若流體中吸附質濃度低于平衡濃度，則吸附質將被解吸，最終達吸附平衡，過程停止.mx/ 吸附量常用單位質量吸附劑吸附氣體的摩爾數表示，如m克吸附劑，在一定條件下達到吸附平衡時吸附xmol氣體，則吸附量：l二二 氣相的吸附等溫線氣相的吸附等溫線 l大量試驗取得的平衡數據表

27、明：大量試驗取得的平衡數據表明：l吸附量與吸附量與吸附質在氣相中的壓力吸附質在氣相中的壓力及及吸附溫度吸附溫度之間之間存在一定的關系：存在一定的關系： lP為吸附平衡時吸附質組分在氣相中的分壓，為吸附平衡時吸附質組分在氣相中的分壓，Palt 吸附溫度，攝氏度。吸附溫度，攝氏度。l實際工作中，對于一定的吸附系統，唱固定一變實際工作中，對于一定的吸附系統，唱固定一變量作為參數，考察另外兩個變量的關系，則可以量作為參數，考察另外兩個變量的關系，則可以得到吸附等溫式、等壓式。得到吸附等溫式、等壓式。),( ptfl吸附平衡關系通常用等溫下單位質量吸附劑的吸吸附平衡關系通常用等溫下單位質量吸附劑的吸附容

28、量附容量q與流體相中吸附質的分壓與流體相中吸附質的分壓 (或濃度或濃度C)間的間的關系關系 表示，稱為吸附等溫線。由于吸附劑和吸附表示，稱為吸附等溫線。由于吸附劑和吸附質分子間作用力的不同，形成了不同形狀的吸附質分子間作用力的不同，形成了不同形狀的吸附等溫線。等溫線。l以以q對相對壓力對相對壓力 作圖作圖( 為該溫度下吸附質的飽為該溫度下吸附質的飽和蒸汽壓和蒸汽壓)，所得曲線為等溫線。，所得曲線為等溫線。吸附平衡和吸附等溫線方程吸附平衡和吸附等溫線方程l當當吸附速度脫附速度吸附速度脫附速度時，吸附平衡，此時吸附量達時，吸附平衡，此時吸附量達到極限值到極限值.平衡吸附量是吸附劑對吸附質的極限吸附

29、量，平衡吸附量是吸附劑對吸附質的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數或靜活性分數。亦稱靜吸附量分數或靜活性分數。l極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響l吸附等溫線吸附等溫線 NH3在活性炭上的吸附等溫線在活性炭上的吸附等溫線吸附等溫線吸附等溫線l經驗方程：經驗方程：l吸附作用是固體表面力作用的結果，但這吸附作用是固體表面力作用的結果，但這種表面力的性質至今未被充分了解。為了種表面力的性質至今未被充分了解。為了說明吸附作用，許多學者提出了多種假設說明吸附作用，許多學者提出了多種假設或理論，但只能解釋有限的吸附現象，可或理論，但只能解釋有限的吸附現象，可靠的吸附等溫線只能依靠實

30、驗測定。至今，靠的吸附等溫線只能依靠實驗測定。至今，尚未得到一個通用的半經驗方程。常用的尚未得到一個通用的半經驗方程。常用的經驗方程包括經驗方程包括Langmuir方程、方程、BET方程方程(Brunauer、Emmett、Teller) 、 Freundlich方程等方程等XT單位吸附劑的吸附量單位吸附劑的吸附量P吸附質在氣相中的平衡分壓吸附質在氣相中的平衡分壓K,1/n經驗常數經驗常數, 實驗確定實驗確定吸附方程式吸附方程式l弗羅德里希（弗羅德里希（Freundlich）方程（）方程（I型等溫線中壓部分）型等溫線中壓部分）lgXT對lgP作圖為直線pnkXkpXTnTlg1lglg/1吸附

31、方程式吸附方程式l朗格繆爾（朗格繆爾（Langmuir）方程（）方程（I型等溫線）型等溫線）AAAAApKpK1KAKA組分組分A A的平衡吸附常數的平衡吸附常數吸附速度吸附速度(adsorption rate)：l吸附速度吸附速度（adsorption rate)adsorption rate)是指單位質量是指單位質量的吸附劑在單位時間內所吸附的吸附質的數量。的吸附劑在單位時間內所吸附的吸附質的數量。吸附速度取決于吸附劑和吸附質的性質，吸附吸附速度取決于吸附劑和吸附質的性質，吸附速度由試驗來確定。速度由試驗來確定。吸附速度決定了吸附質和吸附劑的吸附速度決定了吸附質和吸附劑的接觸時間接觸時間(

32、contact time)(contact time)。吸附速度越快，接觸時間越。吸附速度越快，接觸時間越短，所需的吸附設備的容積也就越小。短，所需的吸附設備的容積也就越小。l三三 吸附動力學過程吸附動力學過程l當物系及操作條件一定時，吸附質在吸附劑的多孔表面上當物系及操作條件一定時，吸附質在吸附劑的多孔表面上被吸附的過程包括以下步驟：被吸附的過程包括以下步驟： l（1）吸附質從流體主體通過分子擴散與對流擴散的形式傳）吸附質從流體主體通過分子擴散與對流擴散的形式傳遞到固體吸附劑的外表面，此過程稱為外擴散。遞到固體吸附劑的外表面，此過程稱為外擴散。 l（2）吸附質從吸附劑的外表面進入吸附劑的微孔

33、結構的內）吸附質從吸附劑的外表面進入吸附劑的微孔結構的內表面，稱為內擴散。表面，稱為內擴散。 l（3）吸附質在固體內表面上被吸附劑所吸附，稱為表面吸）吸附質在固體內表面上被吸附劑所吸附，稱為表面吸附過程。附過程。 l（4）已經被吸附的分子從固體內表面脫附。）已經被吸附的分子從固體內表面脫附。l（5）脫附分子從微孔擴散到固體表面（內擴散）。）脫附分子從微孔擴散到固體表面（內擴散）。l（6）脫附分子從固體表面擴散到空氣中（外擴散）。）脫附分子從固體表面擴散到空氣中（外擴散）。吸附速率吸附速率l吸附過程吸附過程 吸附 外擴散（氣流主體 外表面） 內擴散（外表面 內表面）l3）外擴散控制的吸附：當外擴

34、散速率小于內擴散）外擴散控制的吸附：當外擴散速率小于內擴散速率時，總吸附速率由外擴散速率決定，此吸附速率時，總吸附速率由外擴散速率決定，此吸附為外擴散控制的吸附。為外擴散控制的吸附。 l4）內擴散控制的吸附：當內擴散速率小于外擴散）內擴散控制的吸附：當內擴散速率小于外擴散速率時，此吸附為內擴散控制的吸附，總吸附速速率時，此吸附為內擴散控制的吸附，總吸附速率由內擴散速率決定。率由內擴散速率決定。 在物理吸附過程中，吸附劑內表面上進行的吸附與脫附速率一般較快，而“內擴散”與“外擴散”過程則慢得多。 因此，物理吸附速率的控制步驟多為內、外擴散過程。對于化學吸附過程來說，其吸附速率的控制步驟可能是化學

35、動力學控制，也可能是外擴散控制或內擴散控制。通常，較常見的情況是內擴散控制，而外擴散控制的情況則較少見。l吸附過程不同階段的吸附速率大小：吸附過程不同階段的吸附速率大小：l對于一定體系，在一定的操作條件下，兩相接觸、吸附質對于一定體系，在一定的操作條件下，兩相接觸、吸附質被吸附劑吸附的過程如下：被吸附劑吸附的過程如下：l開始時，吸附質在流體相中濃度較高，在吸附劑上的含開始時，吸附質在流體相中濃度較高，在吸附劑上的含量較低，遠離平衡狀態，傳質推動力大，故吸附速率高。量較低，遠離平衡狀態，傳質推動力大，故吸附速率高。l過程中期，隨著過程的進行，流體相中吸附質濃度降低，過程中期，隨著過程的進行，流體

36、相中吸附質濃度降低，吸附劑上吸附質含量增高，傳質推動力降低吸附速率逐漸吸附劑上吸附質含量增高，傳質推動力降低吸附速率逐漸下降，下降，l末期平衡時，經過很長時間，吸附質在兩相間接近平衡，末期平衡時，經過很長時間，吸附質在兩相間接近平衡，吸附速率趨近于零。吸附速率趨近于零。氣體吸附的影響因素氣體吸附的影響因素l操作條件操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學吸附增大氣相壓力利于吸附l 吸附劑性質吸附劑性質比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）m0322.4 10fVWNAf比比表表面面積積，比比表表面面積積，mm2 2/g/gf f 單單位位體體積積氣氣體體鋪鋪成成單單分分子子層層的的面面積積單單位位體

37、體積積氣氣體體鋪鋪成成單單分分子子層層的的面面積積, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數A A 吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積, ,mm2 2V Vmm吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，mLmLWW吸吸附附劑劑的的重重量量，吸吸附附劑劑的的重重量量，g gm0322.4 10fVWNAf比比表表面面積積，比比表表面面積積，mm2 2/g/gf f 單單位位體體積積氣氣體體鋪鋪成成單

38、單分分子子層層的的面面積積單單位位體體積積氣氣體體鋪鋪成成單單分分子子層層的的面面積積, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數A A 吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積, ,mm2 2V Vmm吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，mLmLWW吸吸附附劑劑的的重重量量，吸吸附附劑劑的的重重量量，g g比比表表面面積積，比比表表面面積積，mm2 2/g/gf f 單單位位體體積積氣氣體體鋪鋪成

39、成單單分分子子層層的的面面積積單單位位體體積積氣氣體體鋪鋪成成單單分分子子層層的的面面積積, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數阿阿佛佛加加德德羅羅常常數數A A 吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積吸吸附附質質分分子子橫橫截截面面積積, ,mm2 2V Vmm吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，吸吸附附劑劑表表面面被被單單層層分分子子鋪鋪滿滿時時的的氣氣體體體體積積，mLmLWW吸吸附附劑劑的的重重量量，吸吸附附劑劑的的重重量量，g g氣體吸附的影響因素氣體吸附的影響因素l吸附質性質、濃度吸附質性質、濃度臨界直徑吸附質不易

40、滲入的最大直徑吸附質的分子量、沸點、飽和性l吸附劑活性吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質的量靜活性吸附達到飽和時的吸附量動活性未達到平衡時的吸附量常見分子的臨界直徑常見分子的臨界直徑分子分子 臨界直徑臨界直徑/ /分子分子臨界直徑臨界直徑/ /氦氦氫氫乙炔乙炔氧氧一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳氮氮水水氨氨氬氬甲烷甲烷乙烯乙烯環氧乙烷環氧乙烷乙烷乙烷甲醇甲醇乙醇乙醇環丙烷環丙烷丙烷丙烷正丁烷正丁烷-正二十二正二十二烷烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9 丙烯丙烯1-丁烯丁烯2-反丁烯反丁烯1,3-丁二烯丁二

41、烯二氟二氟- -氯甲烷氯甲烷( (CFC- -22)22)噻吩噻吩異丁烷異丁烷- -異二十二烷異二十二烷二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷(CFC- -12)12)環己烷環己烷甲苯甲苯對二甲苯對二甲苯苯苯四氯化碳四氯化碳氯仿氯仿新戊烷新戊烷間二甲苯間二甲苯鄰二甲苯鄰二甲苯三乙胺三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4氣體吸附的影響因素氣體吸附的影響因素l吸附劑再生吸附劑再生 溶劑萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脫附，可用水脫附 置換再生l脫附劑需要再脫附脫附劑需要再脫附 降壓或真空解吸l 吸附作用吸附作用 ，再生溫度，

42、再生溫度 加熱再生吸附劑的脫附和劣化吸附劑的脫附和劣化l1 滯后現象滯后現象l吸附劑的吸附容量有限，在吸附劑的吸附容量有限，在140(質量分數質量分數)之間，當吸附達到或接近飽和時，都要脫附再生。之間，當吸附達到或接近飽和時，都要脫附再生。l從理論上講，吸附劑經過脫附，吸附質應該全部從理論上講，吸附劑經過脫附，吸附質應該全部脫附出來，也就是說，吸附曲線和脫附曲線在理脫附出來，也就是說，吸附曲線和脫附曲線在理論上應該吻合。然而實際至少在等溫線上的一部論上應該吻合。然而實際至少在等溫線上的一部分會產生不同的平衡，如圖所示。這種現象稱為分會產生不同的平衡，如圖所示。這種現象稱為滯后現象。滯后現象。

43、l2 吸附劑的脫附再生方法吸附劑的脫附再生方法l(1)升溫脫附升溫脫附 l升高溫度，可增大吸附質分子的動能，使吸附質升高溫度，可增大吸附質分子的動能，使吸附質由固體吸附劑上逸出而脫附（吸附劑的吸附容量由固體吸附劑上逸出而脫附（吸附劑的吸附容量在等壓下隨溫度升高而降低）。在等壓下隨溫度升高而降低）。l升溫脫附經常采用過熱蒸汽、電感加熱或微波加升溫脫附經常采用過熱蒸汽、電感加熱或微波加熱。熱。l(2)降壓脫附降壓脫附 l降低壓強也就是降低吸附質分子在氣相中的分壓，降低壓強也就是降低吸附質分子在氣相中的分壓，從而使吸附質分子從固相轉入氣相，達到脫附的從而使吸附質分子從固相轉入氣相，達到脫附的目的（吸

44、附劑的吸附容量在等溫下隨壓力降低而目的（吸附劑的吸附容量在等溫下隨壓力降低而降低）。降低）。l工程上采用降壓或真空脫附，采用降壓脫附要考工程上采用降壓或真空脫附，采用降壓脫附要考慮系統的安全性和經濟性。降壓脫附的回收率一慮系統的安全性和經濟性。降壓脫附的回收率一般較低，實際工程上很少采用般較低，實際工程上很少采用l(3)置換脫附置換脫附 l采用在脫附條件下與吸附劑親和能力比原吸附質采用在脫附條件下與吸附劑親和能力比原吸附質更強的物質，將原吸附質置換下來的方法，稱為更強的物質，將原吸附質置換下來的方法，稱為置換脫附。置換脫附。l置換脫附特別適用于對熱敏感性強的吸附質，能置換脫附特別適用于對熱敏感

45、性強的吸附質，能使吸附質的殘留負荷達到很低（如氣體凈化中使使吸附質的殘留負荷達到很低（如氣體凈化中使用熱水蒸氣作脫附劑）用熱水蒸氣作脫附劑）l(4)吹掃脫附吹掃脫附 l吹掃脫附的原理與降壓脫附相似，也是降低吸吹掃脫附的原理與降壓脫附相似，也是降低吸附質在氣相中的分壓，使吸附質脫附。附質在氣相中的分壓，使吸附質脫附。l采用的吹掃氣體必須是不被該吸附劑吸附的氣采用的吹掃氣體必須是不被該吸附劑吸附的氣體體l如用惰性氣體吹掃吸附床層中的水蒸氣等。如用惰性氣體吹掃吸附床層中的水蒸氣等。l(5)化學轉化脫附化學轉化脫附 l向吸附床層中加入可與吸附質進行化學反應的向吸附床層中加入可與吸附質進行化學反應的物質

46、，使生成的產物不易被吸附，從而使吸附物質，使生成的產物不易被吸附，從而使吸附質脫附。質脫附。l這種方法多用于吸附量不太大的有機物，可以這種方法多用于吸附量不太大的有機物，可以使之轉化成使之轉化成CO2而脫附下來。而脫附下來。l3 吸附劑的劣化現象吸附劑的劣化現象l由于吸附劑的反復吸附由于吸附劑的反復吸附再生的循環使用，使吸再生的循環使用，使吸附劑的吸附容量逐漸下降的現象，稱為吸附劑的附劑的吸附容量逐漸下降的現象，稱為吸附劑的劣化現象。劣化現象。l吸附劑的劣化現象主要是由滯后現象和吸附劑再吸附劑的劣化現象主要是由滯后現象和吸附劑再生造成的。生造成的。l（1）吸附劑）吸附劑毛細管孔洞和微孔形狀復雜

47、或固毛細管孔洞和微孔形狀復雜或固體被吸附質潤濕體被吸附質潤濕的情況復雜，有時發生化學反的情況復雜，有時發生化學反應，使再生后的吸附劑中總會有一些吸附質殘應，使再生后的吸附劑中總會有一些吸附質殘留在里面并隨著循環次數的增多而逐漸積累，留在里面并隨著循環次數的增多而逐漸積累，這些殘留積累將會覆蓋在吸附劑的表面，從而這些殘留積累將會覆蓋在吸附劑的表面，從而造成吸附容量不斷下降。造成吸附容量不斷下降。l（2）吸附劑再生時，如加熱再生，會使吸附劑成）吸附劑再生時，如加熱再生，會使吸附劑成為半熔融狀態，使部分細孔堵塞或消失，引起吸為半熔融狀態，使部分細孔堵塞或消失，引起吸附表面積的減少。如硅、鋁類吸附劑在附表面積的減少。如硅、鋁類吸附劑在320左右左右就會產生半熔融現象。就會產生半熔融現象。l（3）化學反應也會破壞吸附劑細孔的結晶，如氣）化學反應也會破壞吸附劑細孔的結晶，如氣體或溶液中的稀酸或稀堿就