吸附(fù)是指流體(tǐ)(氣(qì)體或液體)與固體多孔物質接觸時,流體(tǐ)中的一種或多種組分傳遞到多孔物質外表(biǎo)麵和微孔內表(biǎo)麵富集在這些表麵上(shàng)形成(chéng)單分子層或(huò)多分子(zǐ)層(céng)的過程。
被(bèi)吸附的流(liú)體稱為吸附質,多孔固體顆粒本(běn)身稱為吸附劑。
圖1 吸附過程圖:先表麵(miàn)接觸(外擴散)-----開始吸附(內擴散)-------吸附平衡(héng)
由於吸(xī)附質和吸(xī)附劑的物理化學性質不同,吸附劑對不同吸附質的吸附能力也不(bú)同,因此當流體與吸(xī)附劑接觸時,吸附劑(jì)對(duì)流體中的某(mǒu)個或某些(xiē)組分相對其他組(zǔ)分具有較高的吸附(fù)選擇性,吸附相(xiàng)和吸餘相的組分可被(bèi)富集,從而實現物質的分離。
二、吸附/解吸過程
圖2 吸附過(guò)程
吸附過程(chéng):可認為是濃(nóng)縮的過程,也可以認為是(shì)液化的過程。因此(cǐ),溫度越低、壓力越(yuè)高吸附量越大。對於所有吸附劑(jì),越容易液化(沸(fèi)點越高)的氣體吸附量越(yuè)大,越不容易液化(沸點越低)的氣體吸附量越低。
圖3 解析過程
解吸過程:可認為是(shì)氣(qì)化或者揮(huī)發的過程。因此,溫度越高、壓力越低解(jiě)吸越徹底。對於(yú)所有吸附劑(jì),越容易液化(沸點越高)的氣體越不容易解吸,越不(bú)容易液化(沸點越低)的氣體越容易解(jiě)吸。
圖4 越容易液化(沸點越高)的氣體吸附量越大,越不容易液化(沸點越低)的氣體(tǐ)吸附量越低。例外情況:N2、CO。
三、吸附分離原理及其(qí)分類
吸附分為物(wù)理吸(xī)附和化學吸附。
物理吸附分離原理(lǐ):利用固體表麵的原子(zǐ)或(huò)基團與外來分子間(jiān)的吸附力(範德(dé)華力、靜電作用力)的不同實現分(fèn)離。吸附力的大小與吸附劑和吸附質兩者的性質(zhì)有關。
化學吸附(fù)分(fèn)離原理(lǐ):基於在固體(tǐ)吸附劑表麵發生化學(xué)反應使吸附質和吸附劑之間以化學鍵力結合的吸附過程,因此選擇性較強。化學吸附一(yī)般速度較慢,隻能形成單分子層且(qiě)不可逆(nì)。
圖5 物理吸附過程
圖6 化學吸附過程
圖(tú)7 物理吸附和化學(xué)吸附對比圖
四、常見(jiàn)吸附劑類型
常見吸附劑(jì)主要包括:分子篩、活性炭、矽膠、活性氧化鋁四(sì)類。
圖8 分子篩孔道(dào)(大小高度(dù)均一,所有孔道完全一致)
分子篩:具有規整的微孔孔道結構,比(bǐ)表麵積約500-1000m2/g,主要是微孔,孔徑分(fèn)布在0.4-1nm之間。可以通過調整分子篩結構、組成及(jí)平衡陽(yáng)離子的類(lèi)型來改變分子篩的吸附特點。分子篩主要依靠(kào)特征孔道結構及平衡陽離子與分子篩骨架之間的庫(kù)侖力場產生吸附作用,具有良好的熱(rè)穩定性(xìng)和水熱穩定性,廣泛應用於各類氣相、液相的分離與淨化,分子篩作為吸附劑(jì)使用時具有選擇性強(qiáng),吸附深度高、吸附容量(liàng)大等特點;
圖9 活性炭孔道(大小不均一,相差一(yī)個數量級)
活(huó)性碳:具有豐富的微孔和(hé)介孔(kǒng)結構,比表麵積(jī)約500-1000m2/g,孔徑分布主要在2-50nm。活性炭主要(yào)依靠與吸附質產生的(de)範德華力產生吸附作用,主要應用於吸附(fù)有機化合物、重(chóng)烴類有機物(wù)吸附脫除、除味劑等;
矽膠:矽膠(jiāo)類吸附劑(jì)比表麵積約300-500m2/g,主(zhǔ)要是介孔,孔徑分布在2-50nm,其孔道內部表麵具有豐富的表麵(miàn)羥基,主要用於吸附幹燥(zào)和變壓吸附製CO2等;
活性氧化鋁:比表麵積200-500m2/g,主要是介孔,孔徑分(fèn)布在2-50nm,主要應用於(yú)幹燥脫(tuō)水、酸性(xìng)廢氣淨(jìng)化等(děng)。
圖10 不同吸附劑孔徑分布
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