1、吸附现象蔚蓝的大海蔚蓝的大海木炭的吸附木炭的吸附一、概述1 1、1 1 吸附吸附 当气体或液体与某些固体接触时，气体或液体的分子会积聚在固体的表面上，这种现象称之为吸附。它可以被人认为是某些物质从气体混合物（或溶液）中凝聚到某表面上的一种物理化学现象。 区别于吸收 与吸附不同，吸收时，液相中物质分子是均匀分散的。而吸附是流体分子富集在固体表面上，形成一吸附层（或称吸附膜），而没有向固体内部渗透。由于吸附是一种表面现象，所以只有那些具有较大内表面的多孔性固体才具有吸附能力。吸附过程是由流体（气体或液体）与固体构成一个体系，是非均相过程。吸附热吸附热 流体分子从液体相被吸附到固体表面，其分子的自由
2、焓降低，与吸附前相比，其分子的熵也降低了，按照热力学定律，自由焓变化(H)、焓变化（S）关系如下 G=H-TS 上式中G、S均为负值，故H肯定为负值。 可见它是一个放热的过程。 所放出的热，成为该物质在此固体表面上得吸附热。 原因：多孔性固体表面的分子或原子因受力不均匀而具有剩余的表面能，当流体中的某些物质碰撞到固体表面时，受到这些不平衡力懂得作用就会停留在固体表面上。1.2 1.2 吸附机制吸附机制 固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分
3、子层或单分子层。吸附作用吸附作用: 物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程吸附剂吸附剂: 在表面上能发生吸附作用的固体吸附物吸附物: 被吸附的物质1、3吸附分类 物理吸附: 吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附。 特点是放热过程吸附物分子状态变化不大，需要的活化能很小，多数在较低温下进行。达吸附平衡时间非常短吸附过程可逆化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，发生化学反应而产生。 特点释放大量的热单分子层吸附，稳定，不易解吸 活性炭的制造活性炭的制造 高温炭化高温炭化 活化活化,800900木材、煤、果壳木材、煤、果壳 炭渣炭渣 活性炭活性炭 隔绝空气，隔绝空气，600
4、 活化剂：活化剂：ZnCl2 蒸汽高温活化蒸汽高温活化 粉末状活性炭粉末状活性炭 粒状活性炭（园柱状、球状），粒径粒状活性炭（园柱状、球状），粒径24mm 棒状活性炭：棒状活性炭：50mm，L=255mm 2.活性炭的细孔构造和分布活性炭的细孔构造和分布 1.比表面积比表面积 每每g活性炭所具有的表面积。活性炭的活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：比表面积为：5001700m5001700m2 2/g/g，99.9%99.9%的表面的表面积，在多孔结构颗粒的内部。积，在多孔结构颗粒的内部。 2. 2.细孔构造细孔构造 小孔：小孔：2nm2nm，0.150.90mL/g0.150.90mL
5、/g，占比表面，占比表面积的积的95%95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。吸附为主。 过渡孔：过渡孔：2 2100nm100nm，0.020.020.10mL/g0.10mL/g，占比，占比表面积表面积5%5%，吸附量不大，起吸附作用和，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。通道作用。大孔：大孔：1001000nm，0.20.5mL/g，占，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。比表面积很小，吸附量小，提供通道。 三、吸附类型三、吸附类型化学吸附化学吸附化学键力化学键力交换吸附交换吸附静电引力静电引力物理吸附物理吸附分子间力分子间力吸吸附附剂剂表表面面特征特征
6、靠吸附质离子靠吸附质离子与吸附剂表面与吸附剂表面带电点上的静带电点上的静电引力聚集在电引力聚集在吸附剂表面，吸附剂表面，同时放出同时放出等当等当量量的同号离子。的同号离子。吸附等温线 在一定T下，q（吸附质浓度）随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。吸附等温式 吸附平衡 吸附等温线朗繆尔（Langmuir）吸附等温式BET等温式弗罗因德利希（Freundlich）吸附等温式一、吸附平衡一、吸附平衡 吸附平衡吸附平衡 当溶液中吸附质当溶液中吸附质的浓度和吸附剂单位的浓度和吸附剂单位吸附量不再发生变化吸附量不再发生变化时；溶液中吸附质的时；溶液中吸附质的
7、浓度称为平衡浓度。浓度称为平衡浓度。 WCCVeeeq)(式中 V 溶液体积，L C0，Ce 分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L W 吸附剂量，g二、吸附等温线 在一定在一定T T下，下，q q随平衡浓度随平衡浓度C C变化的曲线（变化的曲线（q=f(C)q=f(C)）叫叫吸附等温线吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。用数学公式描述则叫吸附等温式。常见常见吸附等温式吸附等温式有有Langmuir公式公式 、Freundlich公公式式 、BETBET公式三种公式三种 。 Langmuir 吸附等温式理论假设：l 吸附剂表面均一，各处的吸附能相同l 吸附是单分子层的，平衡状态时，吸附和脱
8、附速率相等 由动力学方法推导出平衡吸附量与液相平衡浓度的关系为：eeebC1abCq式中 Langmuir 吸附等温式a1C1ab1q1ee为方便计算，常将上式改为倒数式：根据吸附试验数据，按上式作图可求出a、b值。Langmuir 吸附等温式BET等温式BET等温式是表示吸附剂上有多层溶质分子被吸附的吸附模式，各层的吸附符合朗谬尔单分子吸附等温式。总吸附量等于各层吸附量之和，由此导出的BET等温式为：1)(Ce/Cs)-(B1Ce)-(CsBaCqeeBET等温式 为计算方便，可将上式改为倒数式： 由吸附试验数据，按上式作图可求常数a、B。作图时需要知道饱和浓度Cs，如果知道准确的Cs值可以
9、通过一次作图即可得出直线来，当Cs未知时需要通过假设不同的值多次才能得到直线。BET等温式Freundlich等温式 此为指数函数型式的经验公式：n1eeKCq Freundlich吸附系数，n 常数，通常大于1。两边取对数，得：CnKqlg/1lglgFreundlich等温式应当指出： （1）上述吸附等温式，仅适用于单组分吸附体系； （2）对于一组吸附试验数据，究竟采用哪一公式整理，并求出相应的常数来，只能运用数学的方式来选择。通过作图选用能画出最好的直线的那一个公式，但也有可能出现几个公式都能应用的情况，此时宜选用形式最为简单的公式。主要内容主要内容影响吸附速率的过程影响吸附速率的过程1
10、吸附速率公式吸附速率公式2吸附影响因素吸附影响因素3总结总结41影响吸附速率的过程吸附速率 膜扩散 孔隙扩散 内表面吸附 膜扩散膜扩散:吸附质通过液相扩散到吸附剂的表面。 孔隙扩散孔隙扩散: :吸附质通过细孔向吸附内剂内部扩散 内表面吸附内表面吸附: :吸附 质在吸附剂内表面上 的吸附（三步过程）（三步过程） 2吸附速率公式吸附速率公式 N=kN=kL La(c-ca(c-ci i) ) N扩散速率 kL界膜传质系数a界膜面积c流体主体中吸附质的浓度ci吸附剂颗粒外表面中吸附质浓度 N=kN=ks sa(qa(qi i-q)-q)ks吸附质外表面至内表面的传质系数qi吸附量颗粒外表面的吸附量q
11、颗粒的平均吸附量膜扩散速率公式孔隙扩散速率公式 3吸附的影响因素吸附的影响因素 吸附是吸附是溶剂，溶质溶剂，溶质和和固体固体吸附剂吸附剂三者间的作用。因此三三者间的作用。因此三者均会对吸附速率产生影响者均会对吸附速率产生影响。组织结构 溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质吸附剂的性质 1吸附质的性质吸附质的性质 3溶液的性质溶液的性质溶质分子的大小溶质和溶剂之间的作用：溶质和溶剂之间的作用：溶质在水中的溶解度越大就不容易转向吸附剂界面而被吸附，反之亦然。活性炭 甲酸乙酸丙酸丁酸 芳香烃化合物脂肪族化和物溶质分子的大小：溶质分子的大小： 膜扩散吸附质分子质量
12、，吸附量 孔隙扩散吸附质分子质量 ，吸附量电离：电离：简单的化合物，非解离的分子较离简单的化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但随着化合物结构子化合物的吸附量大，但随着化合物结构的复杂化，电离对吸附的影响较小。的复杂化，电离对吸附的影响较小。 极性：极性：不对称的有机物分子都带有极性，不对称的有机物分子都带有极性，吸附过程服从吸附过程服从极性相容原理极性相容原理。极性吸附剂容易从非极性溶液中吸附极性溶剂非极性吸附剂很难从极性吸附中的极性溶质组织结构 溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质吸附剂的性质溶质分子的大小1吸附质的的性质吸附质的的性质 3溶液
13、的性质溶液的性质吸附剂的性质吸附剂的性质 吸附量的多少会随着吸附剂表面积得的吸附量的多少会随着吸附剂表面积得的增大而增大，吸附剂的孔径，颗粒度等都会增大而增大，吸附剂的孔径，颗粒度等都会影响比表面积的大小，从而影响吸附性能。影响比表面积的大小，从而影响吸附性能。组织结构 溶质和溶剂之间的作用电离和极性pH温度共存物质吸附的影响因素2吸附剂的性质吸附剂的性质溶质分子的大小 1吸附质的性质吸附质的性质 3溶液的性质溶液的性质pHpH：pHpH对吸附质在溶液中存在的形态对吸附质在溶液中存在的形态（电离，络合）和溶解度均有影响，（电离，络合）和溶解度均有影响，因而对吸附性能也产生影响。水中的因而对吸附
14、性能也产生影响。水中的有机物一般在低有机物一般在低pHpH时，电离度较小。时，电离度较小。温度温度：吸附反应时放热的，因此温度吸附反应时放热的，因此温度越低对吸附越有利，但是在水处理中，越低对吸附越有利，但是在水处理中，一般变化不大，因而温度的影响较小，一般变化不大，因而温度的影响较小，可以忽略。可以忽略。共存物质共存物质：其影响较复杂，有的可以其影响较复杂，有的可以相互诱发吸附，有的能独立的被吸附，相互诱发吸附，有的能独立的被吸附，有的则相互起干扰作用。有的则相互起干扰作用。4 4一句话总结一句话总结吸附三过程吸附剂溶质分子作用力共存物质电离极性pH 多种因素通过吸附过程的三过程而影响吸附速
15、率。吸附剂指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应;制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。 工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。 吸附剂按其化学结构可分为有机吸附剂和无机吸附剂。 常用的有机吸附剂有活性炭、球性炭化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等； 常用的无机吸附剂有硅胶、活性氧化铝、硅藻土、分子筛等。活性
16、氧化铝硅胶和硅藻土沸石分子筛吸附树脂活性炭活性炭是一类碳质吸附剂的总称，品种很多。几乎所是一类碳质吸附剂的总称，品种很多。几乎所有的有机物都可以作为制造活性炭的原料，如泥炭、有的有机物都可以作为制造活性炭的原料，如泥炭、褐煤、烟煤、重质石油馏分、木材、果壳、纸浆废液褐煤、烟煤、重质石油馏分、木材、果壳、纸浆废液等。将原料在隔绝空气的条件下加热至等。将原料在隔绝空气的条件下加热至600600左右（有左右（有时还加添加剂），使其热分解，得到的残碳再在时还加添加剂），使其热分解，得到的残碳再在800800以上高温下与空气、水蒸气或二氧化碳反应使其烧蚀以上高温下与空气、水蒸气或二氧化碳反应使其烧蚀，便
17、生成多孔的活性炭。，便生成多孔的活性炭。活性炭具有吸附力强，分离效果好，来源比较容易，活性炭具有吸附力强，分离效果好，来源比较容易，价格便宜。但由于活性炭生产原料和制备方法不同，价格便宜。但由于活性炭生产原料和制备方法不同，因此吸附性能的可重复性很难控制。另外活性炭色黑因此吸附性能的可重复性很难控制。另外活性炭色黑质轻，有时会造成环境污染。质轻，有时会造成环境污染。（1）活性炭l粉末状活性炭：粉末状活性炭：颗粒极细呈粉末状，是活性炭颗粒极细呈粉末状，是活性炭中吸附力最强的一类。中吸附力最强的一类。l颗粒状活性炭：颗粒状活性炭：由粉末状活性炭制成的颗粒，由粉末状活性炭制成的颗粒，便于装柱使用。便
18、于装柱使用。l锦纶锦纶-活性炭：活性炭：以锦纶为粘合剂，将粉末活性以锦纶为粘合剂，将粉末活性炭制成颗粒，可用来分离因前两种活性炭吸附力炭制成颗粒，可用来分离因前两种活性炭吸附力太强而不易洗脱的吸附物。太强而不易洗脱的吸附物。活 性 炭（Active carbon）活性炭种类活性炭种类颗粒大小颗粒大小表面积表面积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性炭小小大大大大大大难难颗粒活性炭颗粒活性炭较小较小较大较大较小较小较小较小难难锦纶活性炭锦纶活性炭大大小小小小小小易易活性氧化铝（活性氧化铝（AlAl2 2O O3 3nHnH2 2O O）是氢氧化铝胶体经加热脱是氢氧化铝胶体经加热脱水后
19、制成的一种多孔大表面吸附剂。水后制成的一种多孔大表面吸附剂。通过控制氢氧化铝晶粒尺寸和堆积配位数可以控制氧通过控制氢氧化铝晶粒尺寸和堆积配位数可以控制氧化铝的孔容、孔径和表面积。由铝土矿加热脱水可制化铝的孔容、孔径和表面积。由铝土矿加热脱水可制成天然活性氧化铝。氧化铝按品型可分为成天然活性氧化铝。氧化铝按品型可分为、和、和共共8 8种。通常所说的种。通常所说的“活性氧活性氧化铝化铝”是指是指-Al-Al2 2O O3 3或是或是、和和氧化铝的混和物。氧化铝的混和物。活性氧化铝具有相当大的比表面积（活性氧化铝具有相当大的比表面积（200200400m400m2 2/g/g），且机械强度高，物化稳
20、定性高，耐高温，抗腐蚀，且机械强度高，物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。活性氧化铝表面的但不宜在强酸、强碱条件下使用。活性氧化铝表面的活性中心是羟基和路易斯酸中心，极性强，对水有很活性中心是羟基和路易斯酸中心，极性强，对水有很强的亲和作用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的强的亲和作用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的水，也常用作色谱柱填充材料。水，也常用作色谱柱填充材料。（2）活性氧化铝 硅胶硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构，表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可与极性构，表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇
21、基可与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附力。力。 主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类型的多孔硅胶，一般以类型的多孔硅胶，一般以SiO2.nH2OSiO2.nH2O通式表示。通式表示。 硅胶的活性与含水量有关：含水量高则吸附力减弱。当硅胶的活性与含水量有关：含水量高则吸附力减弱。当游离水含量游离水含量17%17%以上时，吸附能力极低，可作为分配色谱以上时，吸附能力极低，可作为分配色谱的载体。的载体。 硅胶具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质，如有机硅胶具有微酸性，适用
22、于分离酸性和中性物质，如有机酸、氨基酸、甾体等。酸、氨基酸、甾体等。（3）硅胶和硅藻土 硅藻土硅藻土是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸形成的，基本质是含水的无定形形成的，基本质是含水的无定形SiOSiO2 2，并含有，并含有少量少量FeFe2 2O O3 3、C C2 2O O、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3及有机杂质，外观及有机杂质，外观一般呈浅黄色或浅灰色，优质的呈白色，质软一般呈浅黄色或浅灰色，优质的呈白色，质软，多孔而轻。硅藻土的多孔结构使它成为一种，多孔而轻。硅藻土的多孔结构使它成为一种良好吸附剂，在食品、化工生产中常用来作助良好吸附剂，在食品
23、、化工生产中常用来作助滤剂及脱色剂。滤剂及脱色剂。 沸石分子筛沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：其化学通式为：M Mx/mx/m(AlO(AlO2 2) )x x(SiO(SiO2 2) )y y zHzH2 2O O。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为子形成笼形结构，孔径为3 31010。分子筛晶体。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称直径的孔（也称“窗口窗口”）相连。由于分子筛）相连。由于分子筛能将比其孔径小的
24、分子吸附到空穴内部，而把能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。子的作用，故得名分子筛。（4）沸石分子筛（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用沸石分子筛的结构两种常用沸石分子筛的结构沸石分子筛沸石分子筛的吸附作用有两个特点：的吸附作用有两个特点：G表面上的路易斯中心极性很强；表面上的路易斯中心极性很强；A沸石中的笼或通道的尺寸很小，使得其中沸石中的笼或通道的尺寸很小，使得其中 的引力场很强。的引力场很强。因此，其对吸附质分子的吸附能力远超过其他因此，其对吸附质分子的吸附能力远
25、超过其他类型的吸附剂。即使吸附质的分压（或浓度）类型的吸附剂。即使吸附质的分压（或浓度）很低，吸附量仍很可观。沸石分子筛的吸附分很低，吸附量仍很可观。沸石分子筛的吸附分离效果不仅与吸附质分子的尺寸和形状有关，离效果不仅与吸附质分子的尺寸和形状有关，而且还与其极性有关，因此，沸石分子筛也可而且还与其极性有关，因此，沸石分子筛也可用于尺寸相近的物质的分离。用于尺寸相近的物质的分离。 吸附树脂吸附树脂指的是一类高分子聚合物。常用指的是一类高分子聚合物。常用的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸酯树脂等。吸的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸酯树脂等。吸附树脂品种很多，单体的变化和单体上官能附树脂品种很多，单体的变化和单体
26、上官能团的变化可赋予树脂以各种特殊的性能。吸团的变化可赋予树脂以各种特殊的性能。吸附树脂可分为非极性、中极性、极性及强极附树脂可分为非极性、中极性、极性及强极性四类。吸附树脂可用于除去废水中的有机性四类。吸附树脂可用于除去废水中的有机物，糖液脱色，天然产物和生物化学制品的物，糖液脱色，天然产物和生物化学制品的分离与精制等。分离与精制等。（5）吸附树脂 大孔吸附树脂广泛应用于制药及大孔吸附树脂广泛应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离。对人参皂甙、三物的提取分离。对人参皂甙、三七皂甙、绞股兰皂甙、薯
27、蓣皂甙七皂甙、绞股兰皂甙、薯蓣皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄、甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄酮内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、酮内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄橙皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄酮、茶多酚、洋地黄强心甙、麻酮、茶多酚、洋地黄强心甙、麻黄精粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、黄精粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、红豆杉生物碱、多种天然色素、红豆杉生物碱、多种天然色素、中药复方药物提取等以及生物化中药复方药物提取等以及生物化学制品的净化、分离、回收都有学制品的净化、分离、回收都有良好的效果。并在抗生素、维生良好的效果。并在抗生素、维生素、氨基酸、蛋白质提纯素、氨基酸、蛋白质提纯, ,生化生化制药
28、方面有很广泛的应用。制药方面有很广泛的应用。 吸附剂的物理性质主要包括吸附剂的物理性质主要包括孔容比表面积孔径与孔径分布孔隙率空隙率孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示(cm3/g).孔容是吸附剂的有效体积，它是用饱和吸附量推算出来的值，也就是吸附剂能容纳吸附质的体积，所以孔容以大为好。吸附剂的孔体积（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附剂中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积，一般要比VP大。比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g。吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。吸附剂的表面积主要是微孔
29、孔壁的表面，吸附剂外表面是很小的。孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不相同。直径在数埃（A0）至数十埃的孔称为细孔，直径在数百埃以上的孔称为粗孔。细孔愈多，则孔容愈大，比表面也大，有利于吸附质的吸附。粗孔的作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路，所以粗孔也应占有适当的比例。活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔是在制造过程中形成的。沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体，其中只有均匀的细孔，成型时才形成晶体与晶体之间的粗孔。孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。由此来表征吸附剂的孔特性。孔隙率（k）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。k=Vk/(Vg+Vk)=(
30、dg-dl)/ dg=1-dl/dg空隙率（）：即吸附颗粒之间的空隙与整个吸附剂堆积体积之比。=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl 吸附剂都有着微孔结构和很大的比表面积。按纯粹化学和应用化学国际协会的定义： 微孔500(50nm)。 工业吸附剂可以是球形、圆柱形、片状或粉末状，粒度范围从50m至1.2cm，比表面积从300至1200m2/g。颗粒的孔隙度3085%(vol)，平均孔径10200。 一、混合接触式 混合接触式吸附装置是一带有搅拌的吸附池（槽），污水和吸附剂投入池内进行搅拌，使其充分接触，然后静置沉淀，排除澄清液，或用压滤机等固液分离设备间歇地把吸附剂从液相
31、中分离出来，此法多用于小型的处理和试验研究，因操作是间歇进行，所以生产上一般要用两个吸附池交替工作，吸附剂添加量为0.1%0.2%。被处理液和吸附剂仅接触一次为单极吸附。被处理液也可多次和吸附剂接触，进行多级吸附。多级吸附有逆流和并流两种，并 流吸附中被处理液在每次中都和新的吸附剂相接触，而逆流多级吸附，被处理液多次逆流和吸附剂接触。 并流多级吸附： 吸附剂 吸附剂 吸附剂 溶液 1级 2级 3级 逆流多级吸附： 溶液 1级 2级 3级 吸附剂 溶液 1级 2级 3级 吸附剂二、固定床 固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒
32、径215mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。 涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。 固定床是废水处理中常用的吸附装置。固定床根据水流方向又分为升流式(up-flow)和降流式(down-flow)两种。 降流式出水水质较好，水头损失较大，易堵塞。 升流式水头损失小，运行时间较长。不易堵塞，但吸附剂易流失 。分
33、类：分类： 固定床反应器有三种基本形式：轴向绝热式固定床反应器(如图)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大, 或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在2550mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器
34、适用于反应热效应较大的反应。 此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。 优缺点：优缺点： 固定床反应器的优点是：返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。催化剂机械损耗小。结构简单。固定床反应器的缺点是：传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以
35、流化床反应器或移动床反应器。 固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。 吸附操作的分类 按吸附操作过程中废水的流动状态，可把吸附操作分为静态吸附和动态吸附。 静态吸附操作是废水在不流动的状态下进行的吸附操。即间歇式操作，有时需要进行多次。 动态吸附操作是废水在流动条件下进行的吸附操作。从处理设备类型上可分为固定床、移动床、硫化床。 由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理中较少使用。 移动床 移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸咐饱和的吸附剂从塔
36、底排出，即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。 按吸附剂排出的方式又分为间歇移动床和连续移动床。移动床吸附塔构造示意图移动床优缺点 移动床充分利用吸附剂的吸附容量，水流损失小。 吸附剂在下降过程中，经历了冷却、降温、吸附、增浓、汽提-再生等阶段，在同一设备内完成了吸附、脱附（再生）过程； 吸附剂的磨损和消耗是一个很大的管理问题，要求有耐磨能力强的吸附剂。 流化床 流化床也叫做流动床。吸附剂在塔中处于膨胀状态，塔中吸附剂与废水逆向连续流动。 流化床吸附器根据操作过程和吸附器的结构不同，分为单室(单段)和多室(多段)两种。 它采用颗粒坚硬耐磨，物理化学性能良好的吸附剂。 它的传质系数大，压力损失小
37、，可用来脱除气体中的水分，回收溶剂和脱除微量有毒物质。流化床吸附塔构造示意图流化床的优缺点 可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗，设备小，生产能力大，预处理要求低。 吸附剂需要在反应器外部再生, 这样不仅设备的投资费用增加, 而且工艺流程复杂。 运转中操作要求高，不易控制，同时吸附剂的机械强度要求高。 由于吸附法对水的预处理要求高，吸由于吸附法对水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。如达到深度净化的目的。如:废水中少量重废水中少量重金属
38、离子的去除、有害的生物难降解有机金属离子的去除、有害的生物难降解有机物的去除、脱色除臭等。物的去除、脱色除臭等。一一、吸附法除汞吸附法除汞 汞在天然水中的浓度为汞在天然水中的浓度为0.032.8g/L。水中汞污染物的来源可追溯到含汞矿物的开采、水中汞污染物的来源可追溯到含汞矿物的开采、冶炼、各种汞化合物的生产和应用领域。因此冶炼、各种汞化合物的生产和应用领域。因此在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、木材加工、造纸、油漆颜料、纺织、鞣革、炸木材加工、造纸、油漆颜料、纺织、鞣革、炸药等工业的含汞生产废水都可能是环境水体中药等工业的含汞生产废水都可能是环境
39、水体中汞的污染源。汞的污染源。1.水体中汞污染物的来源未经处理的含汞废水被排入当地供水系统未经处理的含汞废水被排入当地供水系统 对含汞废水可能有很多种可供选择的处理方法。这些对含汞废水可能有很多种可供选择的处理方法。这些方法的有效性和经济性取决于汞在废水中的化学形态、方法的有效性和经济性取决于汞在废水中的化学形态、初浓度、其他存在组分的性质和含量、处理深度等因初浓度、其他存在组分的性质和含量、处理深度等因素。常用的处理方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、素。常用的处理方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、混凝法以及将离子态汞还原为元素态后再过滤的方法。混凝法以及将离子态汞还原为元素态后再过滤的方法。
40、其中离子交换法、铁盐或铝盐混凝法和活性炭吸附法其中离子交换法、铁盐或铝盐混凝法和活性炭吸附法都可使废水中含汞量降到小于都可使废水中含汞量降到小于0.01mg/L水平；硫化法水平；硫化法沉淀配以混凝法可使废水含汞量达到沉淀配以混凝法可使废水含汞量达到0.010.02mg/L水平；还原法一般只用于少量废水处理，最终流出液水平；还原法一般只用于少量废水处理，最终流出液中含汞量可达到相当低的水平。中含汞量可达到相当低的水平。 2.含汞废水治理方法吸附法处理含汞废水吸附法处理含汞废水 最常用吸附剂是活性炭。其有效性取决于废水中汞的初始形态和浓度、最常用吸附剂是活性炭。其有效性取决于废水中汞的初始形态和浓
41、度、吸附剂用量、处理时间等。增大用量和增长时间有利于提高对有机汞和无吸附剂用量、处理时间等。增大用量和增长时间有利于提高对有机汞和无机汞的去除效率。一般有机汞的去除率优于无机汞。某些浓度颇高的含汞机汞的去除效率。一般有机汞的去除率优于无机汞。某些浓度颇高的含汞废水经活性炭吸附处理后，去除率可达废水经活性炭吸附处理后，去除率可达8599，但对含汞浓度较低的，但对含汞浓度较低的废水，虽则处理后流出液中含汞水平已相当低，但去除百分数却很小。废水，虽则处理后流出液中含汞水平已相当低，但去除百分数却很小。 除了以活性炭作吸附剂外，近来还常用一些具有强螯合能力的天然高除了以活性炭作吸附剂外，近来还常用一些
42、具有强螯合能力的天然高分子化合物来吸附处理含汞废水，如用腐植酸含量高的风化烟煤和造纸废分子化合物来吸附处理含汞废水，如用腐植酸含量高的风化烟煤和造纸废液制成的吸附剂；又如用甲壳素（是甲壳类动物外壳中提取加工得到的聚液制成的吸附剂；又如用甲壳素（是甲壳类动物外壳中提取加工得到的聚氨基葡萄糖），经再加工制得的名为氨基葡萄糖），经再加工制得的名为Chitosan的高分子化合物，也可作为的高分子化合物，也可作为含汞废水处理的吸附剂。含汞废水处理的吸附剂。 国内某厂处理含汞污水，工艺中采用静国内某厂处理含汞污水，工艺中采用静态吸附法（先沉淀，后吸附）。即采用硫态吸附法（先沉淀，后吸附）。即采用硫化钠作为
43、沉淀剂，使汞离子以硫化汞沉淀化钠作为沉淀剂，使汞离子以硫化汞沉淀析出，同时以氢氧化钙为析出，同时以氢氧化钙为pH调整剂，硫酸调整剂，硫酸亚铁作絮凝剂除去水中的泥沙等悬浮物质，亚铁作絮凝剂除去水中的泥沙等悬浮物质，然后采用吸附泄漏的金属汞和汞化物。经然后采用吸附泄漏的金属汞和汞化物。经处理后的排放水可以达到排放标准。处理后的排放水可以达到排放标准。3.吸附法除汞实例静态吸附法处理含汞废水工艺流程静态吸附法处理含汞废水工艺流程 二、印染废水的深度处理二、印染废水的深度处理 我国单个企业规模小，区域内数量大，一个镇印我国单个企业规模小，区域内数量大，一个镇印染废水排放量每天染废水排放量每天110万吨
44、，最大一天万吨，最大一天30万吨。一个万吨。一个县级市每天印染废水达县级市每天印染废水达60万吨。如此大的污水排放量万吨。如此大的污水排放量自然造成的污染也就非常严重。我国的印染废水产生自然造成的污染也就非常严重。我国的印染废水产生如此之大，主要有两个原因：第一，我国由于使用低如此之大，主要有两个原因：第一，我国由于使用低档棉较多，杂质多，需多次冲洗，因此废水量大、档棉较多，杂质多，需多次冲洗，因此废水量大、COD高、高、pH高。第二，环保管理落后，工艺相对落后。高。第二，环保管理落后，工艺相对落后。1.国内印染企业现状 印染废水造成的太湖污染！印染废水造成的太湖污染！ 生物方法生物方法: :
45、利用微生物新陈代谢作用去除利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物废水中的有机物 化学方法：基于胶体化学理论，采用混凝化学方法：基于胶体化学理论，采用混凝手段手段 物理方法：天然矿物质多孔材料吸附和膜物理方法：天然矿物质多孔材料吸附和膜分离技术分离技术2.印染废水处理方法 吸附法处理印染废水吸附法处理印染废水 在物理方法中吸附脱色用的最多，即利用多孔性的固体介质，将染料分子吸附在其表面，从而达到脱色的效果。吸附剂包括再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维和不可再生吸附剂如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废料(木炭、锯屑)等。这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒
46、与废水混合，或让废水通过其颗粒状物质组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤而除去。 潍坊第二印染厂排放的印染废水潍坊第二印染厂排放的印染废水CDD达到达到600-1000mg/L, ,pH通常为通常为7-10，要求处理后出，要求处理后出水水COD100mg/L、BOD560mg/L、SS50mg/L、色度、色度50倍、倍、pH值为值为6-8，另外，另外，厂房要将厂房要将50%的处理水回用于生产，要求回用的处理水回用于生产，要求回用水的水的COD50mg/L、BOD530mg/L，SS5mg/L，色度，色度25倍。倍。3.吸附法处理印染废水的应用实例 其中生物炭池采用方形结
47、构（分其中生物炭池采用方形结构（分2格并联运行），尺寸为格并联运行），尺寸为4m4.5m4m, ,炭层有效高炭层有效高度为度为1.5m,滤速为滤速为1.3m/h, ,采用气水联合反冲方式采用气水联合反冲方式反冲气强度为反冲气强度为10L/(s), ,反冲水强度为反冲水强度为10L/(s)。印染废水处理流程印染废水处理流程 该工程至今已运行该工程至今已运行12年，实践证明生物炭工艺对印染废年，实践证明生物炭工艺对印染废水的水的COD、BOD5、SS和色度均有良好的去除，出水水质可和色度均有良好的去除，出水水质可满足工艺回用要求，尤其是对色度的去除效果是其他工艺无满足工艺回用要求，尤其是对色度的去
48、除效果是其他工艺无法比拟的。另外，只要每天坚持反冲洗，保证供气量充足且法比拟的。另外，只要每天坚持反冲洗，保证供气量充足且不间断，同时严格控制进水浓度（不间断，同时严格控制进水浓度（COD200mg/L），则炭的），则炭的使用寿命可以大大延长。该厂除每年补充因反冲洗磨损造成使用寿命可以大大延长。该厂除每年补充因反冲洗磨损造成的的3%5%炭量损失外，对原炭已连续使用炭量损失外，对原炭已连续使用12年，处理效果未年，处理效果未见明显下降。见明显下降。工业工业有机废水有机废水的特点的特点成分复杂浓度高毒性大色泽深难以生物降解 传统氧化、生化传统氧化、生化等破坏方法处理等破坏方法处理大量大量化工原料被
49、化工原料被分解分解破坏而流失破坏而流失处理成本高处理成本高操作难度大操作难度大不易达标排放不易达标排放树脂吸附法树脂吸附法 特别适合处理这些含有较高浓度、较高特别适合处理这些含有较高浓度、较高经济价值污染物的废水，经济价值污染物的废水，同时实现废水中有同时实现废水中有毒有机物的高效率去除和回收毒有机物的高效率去除和回收，从而在实现，从而在实现污染物彻底治理的同时，实现了污染物的资污染物彻底治理的同时，实现了污染物的资源化。由此可见，在现有的各种工业废水处源化。由此可见，在现有的各种工业废水处理方法中，该方法应该是理方法中，该方法应该是一种最具有可持续一种最具有可持续发展战略前景的有机废水处理工
50、艺。发展战略前景的有机废水处理工艺。 净化后达标水净化后达标水有机废水有机废水工艺原理及流程 废水中的有毒有机物废水中的有毒有机物( (溶质溶质) )通过吸附树脂通过吸附树脂( (吸附剂吸附剂) )床层时，吸床层时，吸附剂和溶质分子之间产生了吸附力，溶质分子被吸附在吸附剂附剂和溶质分子之间产生了吸附力，溶质分子被吸附在吸附剂表面，从而使有毒有机废水得到净化。被吸附的溶质表面，从而使有毒有机废水得到净化。被吸附的溶质( (有毒有有毒有机物机物) )选用适当的方式即可完全洗脱，洗脱液一般可通过一定选用适当的方式即可完全洗脱，洗脱液一般可通过一定的方法实现污染物的资源化，洗脱后的树脂即可重复利用。的
