1、環(huán)境工程原理吸附第1頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四第一節(jié) 概述第二節(jié) 吸附平衡第三節(jié) 吸附速率第四節(jié) 吸附操作及計算本章主要內(nèi)容第2頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四一：吸附操作-利用多孔固體物質(zhì)選擇性的吸附流體中的一種或多種組分，從而使流體混合物得以分離的方法。被吸附到固體表面的組分稱為吸附質(zhì)用于吸附的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑吸附質(zhì)附著到吸附劑表面的過程吸附吸附質(zhì)從吸附劑表面脫離的過程解吸或脫附吸附過程發(fā)生在“氣固”或“液固”非均相界面 吸收質(zhì)的傳遞方向：第一節(jié) 吸附分離操作的基本概念第3頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星

2、期四吸附操作-利用多孔固體物質(zhì)選擇性的吸附流體 中的一種或多種組分 ，從而使流體混合物得以分離的方法吸附-吸附質(zhì)附著到吸附劑表面的過程第4頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四 （4）可形成單分子吸附層或多分子吸附層 （5） 吸附為放熱過程，放熱量與氣體液化熱相近。 （6）物理吸附有較高的可逆性二、吸附過程的分類按作用力性質(zhì)分類：吸附物理吸附化學(xué)吸附物理吸附：吸附質(zhì)分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的，也稱為范德華吸附。特點(diǎn)：（1）吸附質(zhì)與吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) （2）相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質(zhì)； （3）吸附過程很快，瞬時即可達(dá)到平衡第5頁，共22頁，202

3、2年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四（4）化學(xué)鍵力大時，吸附不可逆。化學(xué)吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的，其強(qiáng)弱取決于兩種分子之間化學(xué)鍵力的大小。 特點(diǎn)：如石灰吸附CO2 CaCO3（1）化學(xué)吸附的吸附力比物理吸附強(qiáng)（2）吸附熱大（在數(shù)值上相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱），（3）具有選擇性，單分子層吸附；第6頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四三：吸附劑 （1）吸附劑的活性 定義：單位質(zhì)量或體積吸附劑達(dá)吸附平衡時所吸附的吸附質(zhì)的量，是吸附劑吸附能力的標(biāo)志。 靜活性 動活性 靜活性：溫度與吸附質(zhì)濃度一定時，單位質(zhì)量或體積的吸附劑達(dá)吸附平衡時所吸附的吸附質(zhì)的

4、最大量。 動活性：指流體混合物通過吸附劑床層時，最初的吸附質(zhì)被全部吸附，隨著流體混合物不斷加入，直至流出的流體中出現(xiàn)吸附質(zhì)時的吸附能力。 第7頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四 活性炭吸附劑 活性氧化鋁硅膠吸附劑第8頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四（2）工業(yè)吸附劑的選擇 A 必須具有巨大的比表面積 B 工業(yè)吸附劑對流體中不同的吸附質(zhì)具有選擇性吸附作用 C 吸附劑必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸 D 有良好的再生性能，熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性 第9頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四 一 吸附平衡原理第二節(jié) 吸附平衡 當(dāng)吸附

5、速度和解吸速度相等時，流體中吸附質(zhì)濃度不再改變時 q- 平衡吸附量第10頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四吸附劑吸附能力用平衡吸附量表示。當(dāng)氣體和固體性質(zhì)一定時，平衡吸附量是氣體壓力及溫度的函數(shù)：吸附等溫線：在恒定溫度下，吸附劑的平衡吸附量q與吸附質(zhì)在氣相中的組分分壓p的關(guān)系曲線。第11頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四不同溫度下NH3在木炭上的吸附等溫線 （一）單組分氣體吸附 混合氣體中只有一種組分被顯著吸附，其他組分及腹部被吸附的情況 q=f(q,T) 單分子層吸附等溫線第12頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四1. 朗

6、格謬爾（langmuir)公式具有代表性的等溫吸附方程 q=k=kbp/(1+bp)q平衡吸附量p吸附質(zhì)分壓 覆蓋度，即吸附劑表面被吸附質(zhì)分子覆蓋的比例，量綱為一k，b 為常數(shù) =V/vm V，vm 分別為氣體分壓為p時吸 附劑覆蓋單層分子時被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。第13頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四2.弗蘭德里希（Freunlich）方程：q平衡吸附量，L/kgk和吸附劑種類、特性、溫度以及所用單位有關(guān)的常數(shù)n常數(shù)，和溫度有關(guān),n1p吸附質(zhì)氣相中的平衡分壓, Pa隨著p增大，吸附量q隨之增加。但p增加到一定程度后，q不再變化。Freundlich方程為經(jīng)驗(yàn)公

7、式。壓力范圍不能太寬，低壓或高壓區(qū)域不能得到滿意的實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果。第14頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四 n一般大于1，針對型吸附等溫線 當(dāng)n10，吸附等溫線幾乎變成水平線，是不可逆吸附。相對壓力相對吸附量弗蘭德里希等溫線第15頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四假設(shè)： 吸附分子在吸附劑上是按各個層次排列的。 吸附過程取決于范德華引力，吸附質(zhì)可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。 每一層吸附都符合Langmuir公式。3.BET公式由Brunaner, Emmett和Teller 3人提出的。基于多分子層吸附，在Langmuir公式基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的。

8、第16頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四p0吸附質(zhì)組分的飽和蒸氣壓qm吸附劑表面完全被吸附質(zhì)單分子層覆蓋時的吸附量kb常數(shù)，與溫度、吸附熱和冷凝熱有關(guān)。BET公式中的參數(shù)qm和kb可以通過實(shí)驗(yàn)測定。對、型吸附等溫線均適用(9.3.6)第17頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四（二）氣體混合吸附平衡 氧-氮-活性炭系統(tǒng)的三角相圖混合氣體中有兩種組分發(fā)生吸附時，每種組分吸附量均受另一種組分的影響。第18頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四（二）氣體混合吸附平衡活性炭對乙烷的吸附較多，而硅膠優(yōu)先吸附乙烯。乙烷-乙烯混合氣體的平衡吸附

9、(25，101.325 kPa)第19頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四 影響因素包括：除溫度和溶質(zhì)濃度外，溶劑種類、吸附質(zhì)的溶 解度和離子化、各種溶質(zhì)之間的相互作用等。三 液相吸附1.液相吸附的特點(diǎn)液相吸附的機(jī)理比氣相復(fù)雜。在吸附質(zhì)發(fā)生吸附時，溶劑也有可能被吸附。在溶劑的吸附作用忽略不計時，可以認(rèn)為是單組分吸附。第20頁，共22頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)48分，星期四2. 吸附等溫線測定方法：V：液體容積， m：吸附劑質(zhì)量 C*：吸附平衡時，液相中溶質(zhì)濃度C0：吸附前，液相中溶質(zhì)濃度q = V(C0-C*)/m假設(shè)溶劑不被吸附，或者液體混合物是溶質(zhì)的稀溶液,則V不變，測定溶液與吸附劑接觸前后的濃度變化 達(dá)到吸附平衡時：第21頁，共22頁，2022年，5月20日，