第六章吸附分离课件

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孔径和比表面积是评价吸附剂性能的重要参
数。一般来说，孔径越大，比表面积越小。比表 面积直接影响溶质的吸附容量，而适当的孔径有 利于溶质在空隙中的扩散，提高吸附容量和操作 速度。
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• 离子交换剂（ion exchanger）
也称离子交换树脂。
由三部分组成：不溶性的三维空间网状结构 构成的树脂骨架；与骨架相连的功能基团；与功 能基团所带电荷相反的可移动的离子。
利用固体吸附的原理从液体或气体中除去有害成 分或分离回收有用目标产物的过程称为吸附操作。
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• 马王堆中有木炭，可能用于 吸湿和防腐? ...
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• 冰箱中除臭，活性炭。 • 工业应用，产品分离、脱色。
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吸附种类：物理吸附、化学吸附、离子交换
• 物理吸附 吸附剂和吸附物通过分子间力（范德华力）
第六章 吸附分离技术和理论
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6.1 吸附分离介质 6.2 吸附平衡理论 6.3 吸附过程传质动力学 6.4 固定床吸附 6.5 固定床吸附过程理论 6.6 膨胀床吸附 6.7 移动床和模拟移动床吸附 6.8 搅拌釜吸附
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• 吸附（adsorption） 溶质从液相或气相转移到固相的过程。
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阴离子交换剂
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• 强碱性阴离子交换剂 一种含三甲胺基称为强碱I型，另一种含二甲
基-β-羟基-乙基胺基团，称为II型。对使用的pH范 围没有限制。
• 弱碱性阴离子交换剂 功能团可以是伯胺基-NH2、仲胺基=NH、叔
胺基≡N和吡啶等。其交换能力随pH变化而变化， pH越低，交换能力越大。与OH离子结合能力较强， 易再生成羟型，耗碱量少。
可以把离子交换树脂看作固体的酸或碱。
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• 阴离子交换剂anion exchanger：可交换阴离子， 活性基团为碱性。如有机胺。
• 阳离子交换剂cation exchanger：可交换阳离子， 活性基团为酸性。如羧基和磺酸基。
功能团的电离程度决定了树脂的酸性或碱性 的强弱。根据具有离子交换能力的pH范围不同， 分为强酸性阳离子、弱酸性阳离子交换剂，强碱 性阴离子、弱碱性阴离子交换剂。
产生吸附作用。可逆，吸附的同时，被吸附的分 子由于热运动会离开固体表面，称为解吸。由于 分子力的普遍存在，一种吸附剂可吸附多种物质， 没有严格的选择性。但由于吸附物性质不同，吸 附量有差别。
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• 化学吸附
由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，发生化 学反应而产生的，属于库仑力范围。化学吸附的 选择性较强，即一种吸附剂只对某种或几种特定 物质有吸附作用。吸附后较稳定，不易解吸。化 学吸附与吸附剂的表面化学性质以及吸附物的化 学性质直接相关。
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• 离子交换容量：单位质量或单位体积的离子交换
剂所能吸附的一价离子的量（毫摩尔数），是表 征离子交换能力的主要参数。
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• 吸附剂的制备
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其 侧链进行改造也可成为离子交换介质。
聚合过程中加入一种惰性成分，不参与反应，但能与 单体互溶，当用悬浮聚合合成时，它还必需不溶于水或微 溶于水。这种惰性组分可以是线性高分子聚合物，也可以 是能溶胀或不能溶胀聚合物的溶剂，其中以不能溶胀聚合 物的溶剂效果最好，用的也较普遍，称为致孔剂。在聚合 过程中，在聚合的液滴内，逐渐形成无数的凝胶微粒，四 周为惰性组分所包围。聚合结束后，利用溶剂萃取或水蒸 气蒸馏的方式将溶剂去除，因而留下了孔隙，形成大网格 结构。一般大网格吸附剂的颗粒直径为0.5mm～数mm左右。
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• 6.2 吸附平衡理论 吸附是一种平衡分离方法，即根据不同溶质
在液固两相间分配平衡的差别实现分离。
当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附 剂上的平衡吸附溶质浓度q是液相游离溶质浓度c 和温度T的函数，即
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与活性炭等经典吸附剂相比，大网格聚合物 吸附剂具有选择性好，解吸容易，机械强度好， 可反复使用和流体阻力较小等优点。其孔隙小、 骨架结构和极性可按照需要，选择不同原料和合 成条件而改变，因此可适用于吸附各种有机化合 物。发展较快，应用较广。
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苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常 用，对其侧链进行改造也可成为离子交换介质。
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• 离子交换(ion exchange)
吸附剂表面如为极性分子或离子所组成，则 它会吸引溶液中带相反电荷的离子，同时在吸 附剂和溶液间发生离子交换（电荷转移），即 吸附剂吸附离子后，它同时要放出等量的离子 于溶液中，离子的电荷是交换吸附的决定因素。
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• 脱附（desorption）
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阳离子交换剂
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• 强酸性阳离子交换剂 程度不一随般外以界磺溶酸液基的-SpOH3而H作变为化活，性所基以团使，用其时电pH离一 般没有限制。
• 弱酸性阳离子交换剂 可以以羧基-COOH、酚羟基-OH为活性基团。
电离程度小，其交换性能和溶液的pH有很大关系。 在酸性溶液中，这类树脂几乎不能发生交换反应， 交换能力随溶液的pH增加而提高。和氢离子结合 能力很强，故再生成氢型较容易，耗酸量少。
物理吸附和离子交换可通过调节pH或提高离子 强度的方法洗脱。化学吸附需要采用能破坏化学 键合的化学试剂进行脱附。
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6.1 吸附分离介质 • 按吸附剂的孔道结构区分
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• 吸附剂
• 活性炭，硅胶，氧化铝，硅藻土，大网格聚合物吸附剂。
• 活性炭是一种吸附能力很强的非极性吸附剂，其吸附作用 在水溶液中最强，在有机溶剂中较弱，吸附能力的顺序如 下：水>乙醇>甲醇>乙酸乙酯>丙酮>氯仿。可在水中吸附 溶质，用有机溶剂洗脱。能吸附一些色素、有味物质、酸、 碱、盐和热原等，能改善溶液的澄清度。活性炭是一种强 吸附剂，对气体的吸附力和吸附量都很大，气体分子占据 了活性炭的表面，会造成活性炭“中毒”，使其活力降低， 因此使用前可加热烘干，以除去大部分气体。活性炭在酸 性溶液中吸附能力大。