吸附法去除气态污染物
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吸附过程可分为以下几步（见图10-3）。 （1）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒 周围气膜扩散至外表面。 （2）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散 至吸附剂微孔表面。
如临界直径、分子量、沸点、饱和性。
例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分子 量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。 （4）吸附剂的活性 定义：以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数 表示，是吸附剂吸附能力的标志。
已吸附吸附质的质量 吸附剂的活性 100% 所用吸附剂量
吸附剂的活性：
温度的影响
吸附层厚度
图10-1 吸附过程曲线
二、吸附剂及再生 （一）吸附剂 1、工业用吸附剂应具备的条件：
①巨大的内表面，大的比表面积即大的吸附容量；
②良好的选择性； ③较高的机械强度、化学与热稳定性； ④来源广泛，造价低廉； ⑤良好的再生性能（从经济角度考虑）。
2、工业常用吸附剂
①活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱
静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初 始浓度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到 饱和时的吸附量。
动活性：气体通过吸附层时，当流出吸附层的气体中刚 刚出现被吸附物质时即认为此吸附层已失效。这时单位 吸附剂所吸附的吸附质的量称为～。 （5） 接触时间 （6） 吸附器性能
（二）吸附剂的再生
P/103Pa 0.267 0.400 0.533 1.333 2.660 4.000 5.332 XT 0.176 0.205 0.225 0.265 0.287 0.290 0.300
试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温吸附 方程式，试求A、B值。
解：依数据，绘图如下（见例10-1图）：
BP ----------- 10.5 1 BP 若A为饱和吸附量，则单位量吸附剂所吸附的吸附质量 XT为： ABP X T A 1 BP （朗氏方程）----------- 10.6 其中：A，B为常数。
X 当压力P很小时BP<<1，则： T A B P
当压力P很大时BP>>1，则 X T A P 与气体压力无关，吸附达到饱和；
成功的例子：用变压吸附法来处理合成氨放气，可回 收纯度很高（>98%）的氢气，实现废物资源化。
第一节 吸附过程与吸附剂
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。
物理吸附和化学吸附的区别（见补表10-1）。 注意一点： 同一污染物的吸附量随温度的变化曲线
行的快慢）。
一、吸附平衡 吸附平衡：吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质 的浓度与吸附剂（相）中吸附质的浓度终将达到动态平 衡。
平衡吸附量：吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸 附量分数或静活性分数，用XT或m吸附质/m吸附量表示，是 设计和生产中一个十分重要的参数，用吸附等温线或吸 附等温方程来描述。
言
（1）多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或 多种有害组分的特点。 （2）吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实 现净化废气的一种方法。
2、吸附净化法的特点
（1）适用范围
①常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理 的气体量不宜过大； ②对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率； ③当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。
固体总面积 X max
若气相分压为P，则吸附速率为k1P(1-θ)。 解吸速率为k2θ，当吸附达平衡时： k1P(1-θ)= k2θ ----------- 10.3
k1 p k 2 k1 p
----------- 10.4
式中：k1, k2分别为吸附，解吸常数。
令 B= k1/k2，则
例10-1图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线
显然，该等温吸附线符合朗氏等温吸附线，从而可用朗 氏方程式描述。 结合曲线横、纵坐标参数，将朗氏方程式变换成下列形 式： A X ( X / P) (1 B)
T T
任取曲线上两点q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 带入上 式，于是有： 解之得：
书 P248，表10-1列出了几种常用吸附剂的特性。
3、影响气体吸附的因素
（1）操作条件： ①低温（有利） 高温（有利） 物理吸附； 化学吸附。
②吸附质分压上升，吸附量增加。
③气流速度：对固定床为0.2~0.6m/s
（2）吸附剂的性质： 如孔隙率、孔径、粒度 （3）吸附质的性质与浓度： 比表面积 吸附效果
第十章
吸附法净化气态污染物
吸附过程与吸附剂 吸附理论 吸附操作方式与设计 吸附法净化气态污染物的应用
本章重点与难点：
吸附理论： 重点：吸附平衡和吸附速率； 难点：吸附穿透曲线 吸附法净化气态污染物的应用 重点讲述： a. 吸附法净化烟气中的SO2 b. 吸附法净化有机蒸汽。
引
1、吸附净化的概念：
适应范围：在广泛的中压部分，与实际数据符合较好； 常用于低浓度气体的吸附。
取对数后：
lg X T lg k (1 n ) lg P ----------- 10.2
①lgXT—gP关系，得直线；②1/n , 1/n >2时， 吸附难进行。 lgk求出n，k；
③1/n介于0.1~0.5之间时，吸附容易进行；
物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。
（见图10-1 ：吸附过程曲线）
补表10-1 物理吸附和化学吸附的区别
吸附作用力 吸附速率 吸附热 （区别二者 的重要标 志） 选择性
（物） ：一种物理作用，分子间力（范德华力） ； （化） ：一种表面化学反应（化学键力） 。 （物） ：极快，常常瞬间即达平衡； （化） ：较慢，达平衡需较长时间。 （物） ：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol 左右） ； （化） ：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol） 。 （物） ：没有多大的选择性（可逆） ； （化） ：具有较高的选择性（不可逆） 。 （物） 吸附与脱附速率一般不受温度的影响， ： 但吸附量随 温度上升而上升； （化） 可看成一个表面化学过程， ： 需一定的活化能， 吸附 与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物） 单分子层或双分子层， ： 解析容易， 低压多为单分子 层随吸附压力增加变为多分子层； （化） ：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。
Vm CP V P0 P [1 (C 1) P / P0 ]
或
式中：
X e CP XT P0 P .1 C 1 P P0
--------- 10.8
P0—在同温度下该气体的液相饱和蒸汽压，Pa； C—与吸附热有关的常数；
Xe—饱和吸附量分数，无量纲；
通式为：[Mex/n(Al2O3)x(SiO2)y]· 2O mH
特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一种离子 型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附 能力。
⑤吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一 系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。 大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭，物理化学 性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生素的分离 及H2O2的精制等。
----- 10.7
说明：
（1）P/V对P作图，得一直线；
（2）由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。 指明：朗氏方程式是目前常用的基本等温吸附方程式， 但θ较大时，吻合性较差。
（三）BET方程式（是朗氏理论基础上的发展）
1938年勃劳纳尔（Brunauer）、爱米特（Emmett）和泰 勒（Teller）三人提出适合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的多分子层吸附 理论并建立等温方程式，即：
（2）重要用途
可测定和计算固体吸附剂的比表面积
具体计算方法为：
由斜率和截距求得Vm，则吸附剂的比表面积为：
Vm N 0 Sb 22400 W
--------- 10.10
式中：
Sb—吸附剂比表面积，m2/g ；
σ— 一个吸附质分子的截面积， m2 ；
W—吸附剂质量；
N0—阿伏伽德罗常数， N 6.023 10 23 。 0 适用范围：P/P0=0.05~0.35时上方程较准确。 例题：（见P251，例10.1） 已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如下
再生方法：
（1）加热解吸再生；（2）降压或真空解吸再生；
（3）溶剂萃取再生；（4）置换再生；(5)化学转化再生
第二节 吸附理论
设计吸附装置或强化吸附过程的关键：
对于一台运转的吸附设备预达到最大的吸附分离效果取 决于两方面因素：
（1）由吸附剂与吸附质本身的物化性质所决定的吸附平 衡（进行的可能性）； （2）由物质传递所决定的吸附动力学（吸附速率）（进
A 0.205 0.205 400 1 B A 0.290 0.290 4000 1 B
3
B 5.176 10
0.205 1 A 0.25 0.304 3 400 5.176 10
二、吸附速率
吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层） 在单位时间内所吸附的物质量。吸附速率的变化范围很 大，可从百分之几秒到几十小时。
（二）朗格缪尔（Langmuir）方程式
1916年导出，较好适用于I型的理论公式
假设：a.固体表面的吸附能力只能进行单分子层吸附— 与I型吸附线相吻合；b.固体表面各处的不饱和力相等， 表面均匀，即各处的吸附热相等。 设：吸附质对吸附表面的覆盖率为θ，则未覆盖率为 （1-θ）， 。 已覆盖的面积 X
等温吸附线：吸附达平衡时，吸附质在气、固两相中的 浓度间有一定的函数关系，一般用等温吸附线表示。 目前已观测到5种类型的等温吸附线（见图10-2）。
化学吸附只有I型，物理吸附I~V型都有。 相应的等温吸附方程式如下：
（一）弗伦德里希（Freundlick）方程式
对I型提出如下经验式：
1 n
X T kP
（2）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单， 易实现自动化控制。 （3）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往 有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设 备利用率低。 （4）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。
环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、 恶臭、HF 、SO2、NOX等。
---------------- 10.1
图10-2 5种类型等温吸附线
XT —吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸 附剂在吸附平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P—吸附质在气相中的分压， pa； K,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关 ，对于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温 度有关，其值需由实验确定，而n≥1。
除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；
优点：性能稳定、抗腐蚀。
缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200℃，在惰性 气流掩护下，操作温度可达500℃。 ②活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气 净化（对水有强吸附能力）。 ③硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量 的50%，而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量 较高的气体干燥，烃类物质回收等。 ④沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有 立方晶体的硅酸盐。
上式亦写为： 或 说明：
C 1P P 1 V P0 P Vm C Vm C P0
--------- 10.9
C 1P P 1 X T P0 P X e C X e C P0
得一直线。
P P （1） －P/P0或 －P/P0作图， V ( P0 P) X T ( P0 P)
1 n百度文库
，即此时吸附量
当压力P为中等时，这与Freundlick吸附等温式相同。
X T A P
若θ= V/Vm
其中：
V—气体分压为P时被吸附气体在标准状态下的体积；
Vm—吸附剂被盖满一层时被吸附气体在标准状态下的体 积。 则10.5式写成：
V BP Vm 1 BP
或 P 1 P V BVm Vm
如临界直径、分子量、沸点、饱和性。
例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分子 量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。 （4）吸附剂的活性 定义：以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数 表示，是吸附剂吸附能力的标志。
已吸附吸附质的质量 吸附剂的活性 100% 所用吸附剂量
吸附剂的活性：
温度的影响
吸附层厚度
图10-1 吸附过程曲线
二、吸附剂及再生 （一）吸附剂 1、工业用吸附剂应具备的条件：
①巨大的内表面，大的比表面积即大的吸附容量；
②良好的选择性； ③较高的机械强度、化学与热稳定性； ④来源广泛，造价低廉； ⑤良好的再生性能（从经济角度考虑）。
2、工业常用吸附剂
①活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱
静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初 始浓度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到 饱和时的吸附量。
动活性：气体通过吸附层时，当流出吸附层的气体中刚 刚出现被吸附物质时即认为此吸附层已失效。这时单位 吸附剂所吸附的吸附质的量称为～。 （5） 接触时间 （6） 吸附器性能
（二）吸附剂的再生
P/103Pa 0.267 0.400 0.533 1.333 2.660 4.000 5.332 XT 0.176 0.205 0.225 0.265 0.287 0.290 0.300
试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温吸附 方程式，试求A、B值。
解：依数据，绘图如下（见例10-1图）：
BP ----------- 10.5 1 BP 若A为饱和吸附量，则单位量吸附剂所吸附的吸附质量 XT为： ABP X T A 1 BP （朗氏方程）----------- 10.6 其中：A，B为常数。
X 当压力P很小时BP<<1，则： T A B P
当压力P很大时BP>>1，则 X T A P 与气体压力无关，吸附达到饱和；
成功的例子：用变压吸附法来处理合成氨放气，可回 收纯度很高（>98%）的氢气，实现废物资源化。
第一节 吸附过程与吸附剂
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。
物理吸附和化学吸附的区别（见补表10-1）。 注意一点： 同一污染物的吸附量随温度的变化曲线
行的快慢）。
一、吸附平衡 吸附平衡：吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质 的浓度与吸附剂（相）中吸附质的浓度终将达到动态平 衡。
平衡吸附量：吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸 附量分数或静活性分数，用XT或m吸附质/m吸附量表示，是 设计和生产中一个十分重要的参数，用吸附等温线或吸 附等温方程来描述。
言
（1）多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或 多种有害组分的特点。 （2）吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实 现净化废气的一种方法。
2、吸附净化法的特点
（1）适用范围
①常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理 的气体量不宜过大； ②对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率； ③当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。
固体总面积 X max
若气相分压为P，则吸附速率为k1P(1-θ)。 解吸速率为k2θ，当吸附达平衡时： k1P(1-θ)= k2θ ----------- 10.3
k1 p k 2 k1 p
----------- 10.4
式中：k1, k2分别为吸附，解吸常数。
令 B= k1/k2，则
例10-1图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线
显然，该等温吸附线符合朗氏等温吸附线，从而可用朗 氏方程式描述。 结合曲线横、纵坐标参数，将朗氏方程式变换成下列形 式： A X ( X / P) (1 B)
T T
任取曲线上两点q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 带入上 式，于是有： 解之得：
书 P248，表10-1列出了几种常用吸附剂的特性。
3、影响气体吸附的因素
（1）操作条件： ①低温（有利） 高温（有利） 物理吸附； 化学吸附。
②吸附质分压上升，吸附量增加。
③气流速度：对固定床为0.2~0.6m/s
（2）吸附剂的性质： 如孔隙率、孔径、粒度 （3）吸附质的性质与浓度： 比表面积 吸附效果
第十章
吸附法净化气态污染物
吸附过程与吸附剂 吸附理论 吸附操作方式与设计 吸附法净化气态污染物的应用
本章重点与难点：
吸附理论： 重点：吸附平衡和吸附速率； 难点：吸附穿透曲线 吸附法净化气态污染物的应用 重点讲述： a. 吸附法净化烟气中的SO2 b. 吸附法净化有机蒸汽。
引
1、吸附净化的概念：
适应范围：在广泛的中压部分，与实际数据符合较好； 常用于低浓度气体的吸附。
取对数后：
lg X T lg k (1 n ) lg P ----------- 10.2
①lgXT—gP关系，得直线；②1/n , 1/n >2时， 吸附难进行。 lgk求出n，k；
③1/n介于0.1~0.5之间时，吸附容易进行；
物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。
（见图10-1 ：吸附过程曲线）
补表10-1 物理吸附和化学吸附的区别
吸附作用力 吸附速率 吸附热 （区别二者 的重要标 志） 选择性
（物） ：一种物理作用，分子间力（范德华力） ； （化） ：一种表面化学反应（化学键力） 。 （物） ：极快，常常瞬间即达平衡； （化） ：较慢，达平衡需较长时间。 （物） ：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol 左右） ； （化） ：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol） 。 （物） ：没有多大的选择性（可逆） ； （化） ：具有较高的选择性（不可逆） 。 （物） 吸附与脱附速率一般不受温度的影响， ： 但吸附量随 温度上升而上升； （化） 可看成一个表面化学过程， ： 需一定的活化能， 吸附 与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物） 单分子层或双分子层， ： 解析容易， 低压多为单分子 层随吸附压力增加变为多分子层； （化） ：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。
Vm CP V P0 P [1 (C 1) P / P0 ]
或
式中：
X e CP XT P0 P .1 C 1 P P0
--------- 10.8
P0—在同温度下该气体的液相饱和蒸汽压，Pa； C—与吸附热有关的常数；
Xe—饱和吸附量分数，无量纲；
通式为：[Mex/n(Al2O3)x(SiO2)y]· 2O mH
特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一种离子 型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附 能力。
⑤吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一 系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。 大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭，物理化学 性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生素的分离 及H2O2的精制等。
----- 10.7
说明：
（1）P/V对P作图，得一直线；
（2）由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。 指明：朗氏方程式是目前常用的基本等温吸附方程式， 但θ较大时，吻合性较差。
（三）BET方程式（是朗氏理论基础上的发展）
1938年勃劳纳尔（Brunauer）、爱米特（Emmett）和泰 勒（Teller）三人提出适合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的多分子层吸附 理论并建立等温方程式，即：
（2）重要用途
可测定和计算固体吸附剂的比表面积
具体计算方法为：
由斜率和截距求得Vm，则吸附剂的比表面积为：
Vm N 0 Sb 22400 W
--------- 10.10
式中：
Sb—吸附剂比表面积，m2/g ；
σ— 一个吸附质分子的截面积， m2 ；
W—吸附剂质量；
N0—阿伏伽德罗常数， N 6.023 10 23 。 0 适用范围：P/P0=0.05~0.35时上方程较准确。 例题：（见P251，例10.1） 已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如下
再生方法：
（1）加热解吸再生；（2）降压或真空解吸再生；
（3）溶剂萃取再生；（4）置换再生；(5)化学转化再生
第二节 吸附理论
设计吸附装置或强化吸附过程的关键：
对于一台运转的吸附设备预达到最大的吸附分离效果取 决于两方面因素：
（1）由吸附剂与吸附质本身的物化性质所决定的吸附平 衡（进行的可能性）； （2）由物质传递所决定的吸附动力学（吸附速率）（进
A 0.205 0.205 400 1 B A 0.290 0.290 4000 1 B
3
B 5.176 10
0.205 1 A 0.25 0.304 3 400 5.176 10
二、吸附速率
吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层） 在单位时间内所吸附的物质量。吸附速率的变化范围很 大，可从百分之几秒到几十小时。
（二）朗格缪尔（Langmuir）方程式
1916年导出，较好适用于I型的理论公式
假设：a.固体表面的吸附能力只能进行单分子层吸附— 与I型吸附线相吻合；b.固体表面各处的不饱和力相等， 表面均匀，即各处的吸附热相等。 设：吸附质对吸附表面的覆盖率为θ，则未覆盖率为 （1-θ）， 。 已覆盖的面积 X
等温吸附线：吸附达平衡时，吸附质在气、固两相中的 浓度间有一定的函数关系，一般用等温吸附线表示。 目前已观测到5种类型的等温吸附线（见图10-2）。
化学吸附只有I型，物理吸附I~V型都有。 相应的等温吸附方程式如下：
（一）弗伦德里希（Freundlick）方程式
对I型提出如下经验式：
1 n
X T kP
（2）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单， 易实现自动化控制。 （3）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往 有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设 备利用率低。 （4）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。
环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、 恶臭、HF 、SO2、NOX等。
---------------- 10.1
图10-2 5种类型等温吸附线
XT —吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸 附剂在吸附平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P—吸附质在气相中的分压， pa； K,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关 ，对于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温 度有关，其值需由实验确定，而n≥1。
除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；
优点：性能稳定、抗腐蚀。
缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200℃，在惰性 气流掩护下，操作温度可达500℃。 ②活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气 净化（对水有强吸附能力）。 ③硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量 的50%，而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量 较高的气体干燥，烃类物质回收等。 ④沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有 立方晶体的硅酸盐。
上式亦写为： 或 说明：
C 1P P 1 V P0 P Vm C Vm C P0
--------- 10.9
C 1P P 1 X T P0 P X e C X e C P0
得一直线。
P P （1） －P/P0或 －P/P0作图， V ( P0 P) X T ( P0 P)
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，即此时吸附量
当压力P为中等时，这与Freundlick吸附等温式相同。
X T A P
若θ= V/Vm
其中：
V—气体分压为P时被吸附气体在标准状态下的体积；
Vm—吸附剂被盖满一层时被吸附气体在标准状态下的体 积。 则10.5式写成：
V BP Vm 1 BP
或 P 1 P V BVm Vm