第六章 吸附与离子交换

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1、第六章吸附与离子交换6．1吸附分离adsorptionseperation6.1.1分离原理与分类1.吸附原理吸附过程:当流体与多孔固体接触时,流动相中的一种或多种溶质向多孔固体颗粒表面选择性被吸附和积累的过程。逆过程——解吸过程吸附操作：用多孔固体有选择地吸附流体中的一个或几个组分，从而使混合物分离的操作方法。它是分离和纯化气体和液体混合物的重要单元操作之一。吸附质和吸附剂(adsorbate-adsorbent）：在固体表面被吸附的组分称吸附质，多孔固体称为吸附剂，具有很大比表面积的多孔结构。吸附法特点1）从稀溶液中分

2、离出溶质，由于受固体吸附剂的限制，处理能力较小；2）操作条件温和，对溶质的作用较小，适用于热敏性物质的分离，如蛋白质分离；3）吸附是自发过程，吸附时放出热量。4)溶质和吸附剂间的吸附平衡关系通常是非线性关系,相互关系复杂。2．吸附的分类1）物理吸附（范德华吸附）：吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。物理吸附分离在原理上有四种类型：选择性吸附、分子筛效应、微孔的扩散和微孔中的凝聚。2）化学吸附：吸附质和吸附剂分子间的化学键作用力所引起的吸附。其结合力大，放热量与化学反应热数量级相当，过程往往不可逆。化学吸附在催化中起重要

3、作用，分离过程中较少使用。选择性吸附分子筛效应微孔中的扩散微孔中的凝聚物理吸附种类物理吸附与化学吸附的比较3．三类吸附分离过程1）变温吸附。吸附通常在室温下进行，而解吸在直接或间接加热吸附剂的条件下完成，利用温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。2）变压吸附。在较高压力下选择性吸附气体混合物中的某些组分，然后降低压力使吸附剂解吸，利用压力的变化完成循环操作。3）变浓度吸附。液体混合物中的某些组分在环境条件下选择性的吸附，然后用少量强吸附性液体解吸再生。色谱吸附4.吸附应用1）气体或液体的脱水及深度干燥。2）气体或溶液的脱臭

4、、脱色、有机溶剂蒸气回收。3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。4）分离某些精馏难以分离的物系，异构体、手性体、糖类、维生素和蛋白质等。如烷烃、烯烃、芳香烃馏分等的分离,5）废气和废水的处理。4.吸附应用6.1.2吸附剂及其特性1.工业吸附剂满足要求1）比表面大吸附容量大；150～1500m2/g2）选择性高吸附剂对不同的吸附质具有不同的吸附能力（吸附量或吸附速率），其差异愈显著，分离效果愈好；3）物理及化学稳定性好,耐热和耐腐蚀；4）具有一定的机械强度,抗磨损；5）容易再生；6）易得，价廉。2．工业用吸附剂天

5、然的吸附剂如硅藻土、白土、天然沸石等。人工制作的吸附剂活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛、有机树脂吸附剂等。1）活性炭-非极性吸附剂。具有很高的比表面积，表面上的官能团较少，对烃类及衍生物的吸附能力强。化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。活性炭作为吸附剂，应用在水溶液中最好，而在有机溶剂中则较弱。故水的洗脱能力最弱，而有机溶剂则较强。重复性差、过滤困难和环境污染。活性炭一般用稀盐酸、乙醇、水洗净，在80℃干燥后即可用。回收气体中的有机气体，脱除废水中的有机物，脱除水溶液中的色素。活性炭对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族

6、化合物，对大分子化合物的吸附力大于小分子化合物。利用吸附性的差别，可将水溶性芳香族物质与脂肪族物质分开，单糖与多糖分开，氨基酸与多肽分开。硅胶2）硅胶SiO2·nH2O、亲水性的酸性极性吸附剂，由H2SiO3溶液经过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达800m2/g。表面有5%的羟基。硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶的吸附力随吸着水分的增加而降低。若含水量超过17％，吸附力极弱不能用作为吸附剂。对不饱和烃、甲醇、水分等有明显的选择性。硅胶的活化：200℃以下就可活化，硅胶表面因氢键所吸附的水分就能被除去。主

7、要用于气体和液体的干燥、溶液的脱水。常用于色谱柱填料。活性氧化铝3）活性氧化铝Al2O3·nH2O、碱性极性吸附剂。活性氧化铝表面上具有羟基和路易斯酸官能团，为极性分子的吸附提供了活性中心。比表面积约为200～500m2/g，对水分有很强的吸附能力，可脱至<1*10-6。分离生物碱类较为理想。但不宜用于醛、酮、酯、内酯等类型的化合物分离、不宜用于酸性组成分离。用于气体的干燥和液体的脱水，如芳烃等化工产品的脱水；空气、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。分子筛4）分子筛沸石分子筛-沸石，强极性的吸附剂。它是一种硅铝酸金

8、属盐的晶体，对极性分子有很大的亲和能力，比表面积可达750m2/g，具有很强的选择性。0.5~1.3nm工业上常用沸石有3A、10X、13X和ZSM5型。用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥，如分离二甲苯，空气中分离氧气。分子筛结构图吸附树脂5）吸附树脂具有网状结构的高分子聚合物，常用的有聚苯乙烯树