化工分离与传质

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1、化工分离与传质（SeparationandTransmissionofChemicalEngineering）潘学军昆明理工大学环境科学与工程学院FacultyofEnvironmentalScienceandEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnologyE-mail:xjpan@kmust.edu.cnTel&Fax:0871-5170906(Office)吸附（Adsorption）固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中固体物质称为吸附剂（adsorbent，adso

2、rbingsubstance），被吸附的物质称为吸附质（adsorbate）。根据吸附质与吸附剂表面分子间结合力性质的不同，吸附可分为：物理吸附和化学吸附。物理吸附（范德华吸附）（Physisorption）是吸附剂分子与吸附质分子间吸引力作用的结果，其结合力较弱，容易脱附。特点：单分子层或多分子层，一般是多分子层。过程可逆（吸附分离的基础），吸附速率大，脱附容易，易达到平衡。化学吸附（Chemisorption）：是由吸附质与吸附剂分子间化学键的作用所引起，其结合力比物理吸附大得多，放出的热量也大得多，与化学反应的数量级相当。特点：具有

3、显著的选择性，总是单分子层吸附，过程往往是不可逆的（吸附催化过程），吸附速率一般较小，低温下不易达到平衡。化学吸附吸附分离过程是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱的差别，即各组分在固相（吸附剂）与流体相间分配不同的性质使混合物中难吸附与易吸附组分分离的技术。特点：合适的吸附剂对各组分的吸附可以有很高的选择性，适用于精馏等方法难以分离的混合物的分离和气体与液体中微量杂质的去除等，操作条件相对温和。吸附分离功能材料分类系统常见的吸附剂活性炭（憎水）分子筛，沸石（亲水）活性氧化铝（亲水）硅胶（介于亲水与憎水之间）吸附树脂天然吸附剂吸附剂的主

4、要特征：多孔结构、具有很大的比表面积，一般约从100m2/g到超过3000m2/g。工业吸附剂比表面积约为300~1200m2/g。活性炭（ActivatedCarbon）由木炭、坚果壳、煤和石油渣等含碳原料经炭化与活化制得，具有多孔结构和很大的比表面。液相用活性炭：多为蓬松的粉状，比表面积为300m2/g，孔径为30Å（3nm）或更大，以利于加快物质扩散。气相用活性炭：坚固的粒状或片状，比表面积通常为1000m2/g，孔径小于30Å（3nm）。分子筛（MolecularSieve），沸石（Zeolite）含水硅酸盐，为结晶型且具有多孔结

5、构，其结构式为M2/nO·Al2O3·ySiO2·wH2O，M为IA和IIA族金属元素，多数为钠与钙，n表示金属离子的价数，y与w分别表示SiO2与H2O的分子数。选择性吸附作用是基于物质分子尺寸、形状和性质的不同，可以分离性质相近而分子大小和形状不同的物质。活性氧化铝（ActivatedAlumina）无定形的多孔结构物质，一般由氧化铝的水合物（以三水合物为主）加热、脱水和活化而得，孔径主要从20~50Å（2-5nm），典型的比表面积值为200~500m2/g。也可由铝土矿直接活化制得活性铝土矿。用途：极性吸附剂，对水有很强的吸附力，主

6、要用于液体和气体的干燥。硅胶（SilicaGel）一种坚硬的由无定形SiO2构成的多孔结构的固体颗粒，其分子式是SiO2·nH2O。用硫酸处理硅酸钠水溶液生成凝胶，所得凝胶用水洗去硫酸钠后，进行干燥，便得到硅胶。制造过程条件的不同，可控制微孔尺寸、空隙率和比表面积的大小。用途：粒状、球状、粉状或各种加工成型的形状。是极性吸附剂，易于吸附水和甲醇等极性物质，主要用于气体和液体的干燥，吸附气体中的水分可达其本身质量的50%。带有巨型网状结构的合成树脂，如苯乙烯和二乙烯苯的共聚物、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯等。应用不同的单体制成非极性的到强极性的很多

7、种类的吸附树脂。吸附树脂（AdsorptionResin）用途：废水处理、维生素分离优点：再生容易，用稀酸、稀碱或有机溶剂（如低分子量的醇、酮）洗涤即可再生。缺点：价格较高天然矿物，如活性白土、膨润土、漂白土或其他黏土等经适当加工处理的吸附剂。天然吸附剂（NaturalAdsorbent）优点：价廉易得缺点：活性较低，使用一次失效后，再生困难用途：油品脱色等各种吸附剂的孔径分布吸附平衡在一定条件下，当流体（气体或液体）与固体吸附剂接触时，流体中的吸附质将被吸附剂吸附，经过足够长的时间，吸附质在两相中的含量达到一对定值，互呈平衡，称为吸附平

8、衡。吸附过程：若流体中吸附质的浓度高于平衡浓度，则吸附质将被吸附。解吸过程：若流体中吸附质的浓度低于平衡浓度，则已吸附在吸附剂上的吸附质将被解吸。决定了吸附过程的传质方向和极限，是吸附过程的基