《吸附及离子交换》PPT课件

《《吸附及离子交换》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、吸附及离子交换技术第五章吸附及离子交换技术第一节吸附第二节离子交换基本原理第三节离子交换树脂第四节离子交换工艺第五节离子交换技术的工业应用第六节离子交换技术的发展第一节吸附一、吸附的基本原理1．吸附的类型根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分成物理吸附、化学吸附和交换吸附三种类型。（1）物理吸附吸附剂和吸附质之间的作用力是分子间引力（范德华力）。由于范德华力普遍存在于吸附剂与吸附质之间，所以整个自由界面都起吸附作用，故物理吸附无选择性。因吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力大小各异，因此吸附量随物系不同而相差很多。物理吸附所放出的热与气体的液化热相近，数值很小，

2、物理吸附在低温下也可进行，不需要很高的活化能。第一节吸附在物理吸附中，吸附质在固体表面上可以是单分子层也可以是多分子层。此外，物理吸附类似于凝聚现象。因此，吸附速度和解吸速度都较快，易达到吸附平衡，但有时吸附速度很慢，这是由于在吸附颗粒的孔隙中的扩散速度控制所致。（2）化学吸附利用吸附剂与吸附质之间的电子转移，生成化学键而实现物质的吸附。化学吸附需要很高的活化能，需要在较高的温度下进行。化学吸附放出的热量很大，与化学反应相近。由于化学吸附生成化学键，因而只有单分子层吸附，且不易吸附和解吸，平衡慢。化学吸附的选择性较强，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。第一节吸附（3）

3、交换吸附吸附表面如为极性分子或离子所组成，则它会吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。同时在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，同时要向溶液中放出相应摩尔数的离子。离子的电荷是交换吸附的决定性因素，离子所带电荷越多，它在吸附表面的相反电荷点上的吸附能力就越强。就吸附而言，各种类型的吸附之间不可能有明确的界限，有时几种吸附同时发生很难区别。溶液中的吸附现象较为复杂。第一节吸附2．物理吸附力的本质物理吸附作用的最根本因素是吸附质和吸附剂之间的作用力，也就是范德华力。它是一组分子引力的总称，具体包括三种力：定向力、诱导力和色散力。范德华力和化学力（库

4、仑力）的主要区别在于它的单纯性，即只表现为相互吸引。（1）定向力由于极性分子的永久偶极距产生的分子间静电引力称定向力。它是极性分子之间产生的作用力。一般分子的极性越大，定向力越大；温度越高，定向力减小。另外，分子的对称性、取代基位置、分子支链的多少等因素也会影响定向力的大小。第一节吸附（2）诱导力极性分子与非极性分子之间的吸引力属于诱导力。极性分子产生的电场作用会诱导非极性分子极化，产生诱导偶极距，因此两者之间互相吸引，产生吸附作用。诱导力与温度无关。（3）色散力非极性分子之间的引力属于色散力。当分子由于外围电子运动及原子核在零点附近振动，正负电荷中心出现瞬时相对位移时，会产生快

5、速变化的瞬时偶极距，这种瞬时偶极距能使外围非极性分子极化，反过来，被极化的分子又影响瞬时偶极距的变化，这样产生的引力称色散力。色散力也与温度无关，且普遍存在，因为任何系统都有电子存在。色散力与外层电子数有关，随着电子数的增多而增加。另外，在吸附过程中吸附剂与吸附质之间也可通过氢键发生相互作用。第一节吸附3．吸附等温线当固体吸附剂从溶液中吸附溶质达到平衡时，其吸附量与溶液和温度有关，当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。若吸附剂与吸附质之间的作用力不同，吸附表面状态不同，则吸附等温线也随之改变。典型的吸附等温线如图5-1所示，横坐标表示溶液中溶质的浓度，常用单位为

6、单位溶液体积中溶质的质量；纵坐标表示吸附剂表面的溶质的浓度，常用单位是单位质量吸附剂所吸附的溶质的质量。第一节吸附图5-1中曲线1为线性等温线，表达的吸附方程为（5-1）式中q—单位质量吸附剂所吸附的吸附质量，kg(溶质)/kg(吸附剂)；K—吸附平衡常数，m3（溶液）/kg（吸附剂）；c—溶液中吸附质浓度，kg（溶质）/m3（溶液）。图5-1中曲线2为Langmuir（朗格缪尔）吸附等温线，生物制品酶等分离提取时适合此吸附方程，即（5-2）式中q0和K是经验常数，可由实验来确定，在这种情况中，最容易的方法是将q–1对c–1作图，截距是q0–1，斜率是K/q0，q0和K的单位分别

7、与q和c的单位一致。第一节吸附图5-1中曲线3为Freundlich（弗罗因德利希）吸附等温线，抗生素、类固醇、激素等产品的吸附分离均符合此吸附方程，即（5-3）式中K为吸附平衡常数，n为指数，均为实验测定常数。可通过吸附实验，测定不同浓度c和吸附量q的关系，在双对数坐标中，直线logq=nlogc+logK的斜率为n，截距为logK。当求出的n<1时，则表示吸附效率高，相反，若n>1，则吸附效果不理想。上述的吸附等温线同样适用于离子交换吸附。第一节吸附4．影响吸附的因素固体在溶