第6章 吸附
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第六章 层析技术
常用术语
固定相：是由层析基质组成的，其基质包括固体
物质（如吸附剂、离子交换剂）和液体物质（如固 定在纤维素或硅胶上的溶液），这些物质能与相关 的化合物进行可逆的吸附、溶解和交换作用。
流动相：在层析过程中推动固定相上的物质向 一定方向移动的液体或气体称为流动相。在柱层 析时，流动相又称洗脱液或洗涤剂。在薄层层析 时流动相又称展层剂。
几个概念
吸附剂 吸附剂的选择主要依据吸附剂本身和被吸附物
质的极性，为活性多孔固体，表面积大、颗粒均 匀、吸附选择性好、稳定性强和成本低廉等性能。
常用的吸附剂有活性炭、硅石、氧化铝、羟基 磷灰石等。
• 羟基磷灰石（HA）[Ca10(PO4)6.(OH)2]
表面有Ca2+和PO43-两种带电基团。酸性和中性蛋 白质可与Ca2+结合，碱性蛋白质可与PO43-结合。
*气体作为流动相
*吸附在固体上的液体为固定相
按两相所处的状态分为： 液相色谱 液-固层析 液-液层析 气相色谱 气-固层析 气-液层析
（2）按层析原理分类
吸附层析 分配层析 离子交换层析 凝胶排阻层析
（3）按操作形式不同分类：
柱层析
纸层析
薄层层析
Liquid Chromatography
突出贡献: 预测气相色谱(1952年应用);提出用细小颗粒 作填料,而两端可以加压(HPLC).
1952年：马丁，辛格对分配层析的研究和发现， 诺贝尔化学奖
1952年，马丁同詹姆斯(James)一起，把分配层析应 用在分离气体上。各种气体或蒸汽的混合物可以利用氮 或氦一类情性载气的气流通过吸收性固体的表面。混合 的气体通过后，在另一端实现分离。
洗脱体积（Ve）：
是指某一成分从柱顶部到底部的洗脱液中出现浓度 达到最大值时的流动相体积。
第6章 生物材料表面改性
5. 臭氧处理 刘淑芝等人在室温下，用臭氧气体处理膜 材料时在膜表面生成过氧化物POOH，处理 之后立即将膜放入单体溶液中，在一定温 度下使过氧化物 POOH 分解为聚合物自由 基PO·和自由基·OH，PO·引发单体接枝 于膜表面，而·OH 会引发单体均聚。为 了避免·OH 引发的单体均聚，可在单体 溶 液 中 加 入 适 量 的 还 原 剂 ( 如 Fe2+) 清 除·OH，以阻止单体的均聚。
表面聚合物刷微观形态
红外衰减全反射（ATR）分析
100
a b c
80
60
2855
d
40
2920
1462 1168 1720 1557 1253 720
20
a:UHMWPE b:UHMWPE-AA,5min c:UHMWPE-AA,10min d:UHMWPE-AA,15min
0 4000
3000
2000
2. Milner 模型
在有相应溶剂的溶液中，当长度为 a 的 N 个分子组成的 弹性聚合链接枝在平板膜表面时，聚合链有两种趋势： • 首先通过布朗运动达到最大的位形熵，此时短而密的聚合 链的伸展速率较大；然后将逐渐溶入溶剂中，其中长而稀 疏的聚合链伸展的速率较大。 • 当接枝位点之间的距离远小于聚合链的典型长度Rg = N1/2a ，则以上两种趋势都不会出现。 • 聚合链的伸展会减少其位形熵，平衡时，这种聚合链的伸 展可由一个简单模型来估算，即所谓的Flory 变量。
4. 溶液自由基接枝
（1） 传统自由基引发聚合：自由基引发聚合一 般利用基质上现有的基团或通过化学方法引入基 团。 传统自由基引发聚合的步骤较多，致使基质上引 发基团的密度不够高，影响了聚合链的密度，还 会带来较多的副反应。 基质表面上由引发基团组成的引发层结构非常复 杂，现有的分析手段还不能对此做出精确的分析。 自组装单分子层(SAMs) 引发的聚合： 形成高密度的引发层，引发机制也较简单 可控制链的长度 采用辐照的方法产生自由基或引入中介分子引发 聚合单体的反应，也是合成聚合刷很好的方法。
第6章_吸附
V(C −C ) 0 e qe = W
（6-1） ）
式中： 溶液容积； 式中：V—溶液容积； 溶液容积 W—活性炭投量，g； 活性炭投量， ； 活性炭投量 C0—溶液中吸附质浓度（g/L） 溶液中吸附质浓度（ ） 溶液中吸附质浓度 Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 (g/L) （平衡浓度）。 平衡浓度） qe=f(Ce、T)， 当 T 不 变 时 ， 即 T 恒 定 ， 则 、 ， qe=f(Ce)， 叫吸附等温线 。 用数学公式描述则 ， 叫吸附等温线。 叫吸附等温式。 叫吸附等温式。
二、吸附类型 1. 物理吸附：靠分子间力产生的吸附，可吸附 物理吸附：靠分子间力产生的吸附，
多种吸附质，可形成多分子吸附层。 多种吸附质，可形成多分子吸附层。吸附热较 在低温下就能进行，吸附速度快， 小，在低温下就能进行，吸附速度快，存在着 吸附━ 吸附━解吸的可逆过程 。
2. 化学吸附：由化学键力引起的吸附，能形成 化学吸附：由化学键力引起的吸附，
三、化学氧化法 湿式氧化法：液相状态下， 湿式氧化法：液相状态下，利用氧在高温高压 下将吸附的有机物氧化。 下将吸附的有机物氧化。一般用于粉状活性炭 的再生。 的再生。 电解氧化法：将饱和炭置于电解质溶液中， 电解氧化法：将饱和炭置于电解质溶液中，碳 作阳极，进行水的电解， 作阳极，进行水的电解，活性炭表面产生的氧 气将吸附质氧化分解。 气将吸附质氧化分解。 O3氧化法：利用臭氧将有机物分解。 氧化法：利用臭氧将有机物分解。 四、生物再生法 利用微生物的作用， 利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机 物加以氧化分解。 物加以氧化分解。
6.2 活性炭吸附 活性炭吸附
一、活性炭的制备
高温炭化 活化,800~900℃ ℃ 活化
第6章环境中的微界面过程PPT课件
RC NHO 3+ OHK1
RC NO HO 3+-
K2
COOR
NH2
低pH值
中等pH值
高pH值
精选PPT课件
16
6.2 矿物微粒的界面过程
6.2.1 表面配位模型
1、金属氧化物微粒表面的配位作用 1）羟基化表面的物理化学过程 金属氧化物表面都含有≡MeOH基团，这是由于其表面离 子的配位不饱和，在水溶液中与水配位，水发生离解吸附而生 成羟基化表面。具体归纳如图2.1所示。
● 如果在四面体片层发生Si4+被Al3+同晶替代，过剩的负电荷 分布在一个四面体的三个表面氧原子上，这种电子是定域的， 因而使表面空穴具有较强的Lewis碱性，能与阳离子和偶极分子 发生较强的配位作用。K-云母和K-蛭石矿是这一配合作用的例 子。
精选PPT课件
26
2、表面配位模型的基本要点
1）矿物微粒表面与溶质反应形成表面配合物，反应的方式类似 于均匀溶液中的配位反应；
有下列平衡：
≡MeOH + MZ+ MeOM(Z-1) + H+
*
K
s 1
2≡MeOH + MZ+ (MeO)2M(Z-2) + 2H+
*βs 2
例如：铁氧化物具有表面羟基，能够与金属离子相互作
用形成表面配位化合物
≡Fe–OH + Me2+ ≡Fe–OMe++ H+
精选PPT课件
22
因此表面配位化合物的表观稳定常数分别为：
享顶角氧原子而形成表面空穴(图1.3)。
图1.3 硅氧四面体片层的表面空穴示意图
3）具有表面羟基
生物制药工艺学第6章吸附分离法08-3-20
8
（三）环境的影响 1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 2、pH值：PI 3、温度 4、盐的浓度：可能阻止、可能促进
9
（四）吸附物浓度和吸附剂用量
对蛋白质或酶进行分离时要求浓度 1%以下。
吸附剂用量。
10
第二节 几种常用的吸附剂
无机：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土 有机：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等 一、活性炭(activated carbon )
的 浓 缩 液 A l2 O 3吸 附 ,2 0 ℃ 以 下
丙 酮 ,水 (8 0 % )
丙 酮 5 ~ 6倍
(4 0 0 0 u /m l)
25
活性炭为吸附剂
洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。
次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
[提取制霉菌素]
菌丝——————→
制霉菌素 [板框过滤] ↗
常用洗脱剂排序（极性增大）： 石油醚<甲苯< 乙醚<氯仿< 乙酸乙酯< 丙酮< 乙醇< 甲醇 <水 <乙酸
24
氧化铝或硅胶为吸附剂
洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性。
次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、 丙 酮、乙醇、甲醇、水 、乙酸。
[层 析 ]
[洗 脱 ]
[ 冷 冻 结 晶 ]
维 生 素 B 1 2— — — — — — → 吸 附 柱 层 析 — — — — → 洗 脱 液 — — — — — → 维 生 素 B 1 2结 晶
41
头孢菌素C
42
思考题
1、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是
（）
A.分辨率高 B.变性作用小 C.杂质易除 D.沉淀易分离
（三）环境的影响 1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 2、pH值：PI 3、温度 4、盐的浓度：可能阻止、可能促进
9
（四）吸附物浓度和吸附剂用量
对蛋白质或酶进行分离时要求浓度 1%以下。
吸附剂用量。
10
第二节 几种常用的吸附剂
无机：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土 有机：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等 一、活性炭(activated carbon )
的 浓 缩 液 A l2 O 3吸 附 ,2 0 ℃ 以 下
丙 酮 ,水 (8 0 % )
丙 酮 5 ~ 6倍
(4 0 0 0 u /m l)
25
活性炭为吸附剂
洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。
次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
[提取制霉菌素]
菌丝——————→
制霉菌素 [板框过滤] ↗
常用洗脱剂排序（极性增大）： 石油醚<甲苯< 乙醚<氯仿< 乙酸乙酯< 丙酮< 乙醇< 甲醇 <水 <乙酸
24
氧化铝或硅胶为吸附剂
洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性。
次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、 丙 酮、乙醇、甲醇、水 、乙酸。
[层 析 ]
[洗 脱 ]
[ 冷 冻 结 晶 ]
维 生 素 B 1 2— — — — — — → 吸 附 柱 层 析 — — — — → 洗 脱 液 — — — — — → 维 生 素 B 1 2结 晶
41
头孢菌素C
42
思考题
1、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是
（）
A.分辨率高 B.变性作用小 C.杂质易除 D.沉淀易分离
第6章 生物材料表面改性
在ATRP反应中，将可逆链终止和链转移的概念引 入自由基聚合，通过在活性种和休眠种之间建立 一个快速交换的平衡反应，解决低而恒定的自由 基浓度与维持可观的反应速率(自由基浓度不能 太低)得矛盾。
ATRP反应体系以烷基卤化物(RX)为引发剂，低价 态过渡金属卤化物 (常用CuBr)结合配体(常用 2,2’-联二吡啶)形成的络合物为催化剂，活性 种和休眠种之间建立了可逆的原子转移平衡，从 而确保自由基浓度足够低以抑制自由基之间结合 而发生终止，因而实现了活性聚合。
2. 辐射接枝
根据辐射与接枝程序的差异，可将辐射接枝主要分为共辐 射接枝法和预辐射接枝法两类。
• 预辐射接枝法：单体不直接接受辐射能，从而减少了均聚 反应，并且辐射与接枝是两个独立的过程。
• 共辐射接枝：将辐射与接枝过程一步完成，但此方法的最 大缺点是单体均聚反应严重，降低了接枝率。
辐射接枝共聚反应中的辐射剂量、单体浓度和温度等都将 影响到接枝率，进而影响改性效果。
关节软骨表面近视图（SCIENCE, 2009, 323 (2): 47-48 ）
➢ 自然关节摩擦表面软骨，刷状结构, 吸附滑液形成挤压液膜润滑 ➢ 自然关节具有超润滑功能（摩擦系数在0.001到0.01之间） ➢ 模仿自然关节的软骨结构，在聚乙烯表面接枝类似于自然关节表面
的聚合物刷
2. 聚乙烯表面接枝丙烯酸
上述方法现已发展为可控自由基聚合(CRP)，又 称为活性自由基聚合。
优点：弥补了传统自由基聚合技术的缺陷，容易 控制聚合链上的分子排列顺序，能较好地分析聚 合层的微观结构(聚合链的相对分子质量和分布 等)，以及合成新颖的层状共聚物刷子。
5. 臭氧处理
刘淑芝等人在室温下，用臭氧气体处理膜 材料时在膜表面生成过氧化物POOH，处理 之后立即将膜放入单体溶液中，在一定温 度下使过氧化物POOH 分解为聚合物自由 基PO·和自由基·OH，PO·引发单体接枝 于膜表面，而·OH 会引发单体均聚。为 了避免·OH 引发的单体均聚，可在单体 溶 液 中 加 入 适 量 的 还 原 剂 ( 如 Fe2+) 清 除·OH，以阻止单体的均聚。
ATRP反应体系以烷基卤化物(RX)为引发剂，低价 态过渡金属卤化物 (常用CuBr)结合配体(常用 2,2’-联二吡啶)形成的络合物为催化剂，活性 种和休眠种之间建立了可逆的原子转移平衡，从 而确保自由基浓度足够低以抑制自由基之间结合 而发生终止，因而实现了活性聚合。
2. 辐射接枝
根据辐射与接枝程序的差异，可将辐射接枝主要分为共辐 射接枝法和预辐射接枝法两类。
• 预辐射接枝法：单体不直接接受辐射能，从而减少了均聚 反应，并且辐射与接枝是两个独立的过程。
• 共辐射接枝：将辐射与接枝过程一步完成，但此方法的最 大缺点是单体均聚反应严重，降低了接枝率。
辐射接枝共聚反应中的辐射剂量、单体浓度和温度等都将 影响到接枝率，进而影响改性效果。
关节软骨表面近视图（SCIENCE, 2009, 323 (2): 47-48 ）
➢ 自然关节摩擦表面软骨，刷状结构, 吸附滑液形成挤压液膜润滑 ➢ 自然关节具有超润滑功能（摩擦系数在0.001到0.01之间） ➢ 模仿自然关节的软骨结构，在聚乙烯表面接枝类似于自然关节表面
的聚合物刷
2. 聚乙烯表面接枝丙烯酸
上述方法现已发展为可控自由基聚合(CRP)，又 称为活性自由基聚合。
优点：弥补了传统自由基聚合技术的缺陷，容易 控制聚合链上的分子排列顺序，能较好地分析聚 合层的微观结构(聚合链的相对分子质量和分布 等)，以及合成新颖的层状共聚物刷子。
5. 臭氧处理
刘淑芝等人在室温下，用臭氧气体处理膜 材料时在膜表面生成过氧化物POOH，处理 之后立即将膜放入单体溶液中，在一定温 度下使过氧化物POOH 分解为聚合物自由 基PO·和自由基·OH，PO·引发单体接枝 于膜表面，而·OH 会引发单体均聚。为 了避免·OH 引发的单体均聚，可在单体 溶 液 中 加 入 适 量 的 还 原 剂 ( 如 Fe2+) 清 除·OH，以阻止单体的均聚。
生物制药工艺学习题 第五章 沉淀法
第六章吸附分离法（习题）一、填空1、吸附剂按其化学结构可分为两大类：一类是有机吸附剂，如、、等；另一类是无机吸附剂，如、、、等。
2、常用的吸附剂有、和等。
3、大孔网状聚合物吸附剂是在树脂聚合时加入致孔剂，待网格骨架固化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或蒸馏水洗将致孔剂去掉，形成不受外界环境条件影响的，其孔径远大于2～4nm，可达，故称“大孔”。
4、大孔网状聚合物吸附剂按骨架的极性强弱，可分为、、和吸附剂四类。
二、选择题1、用大网格高聚物吸附剂吸附的弱酸性物质，一般用下列哪种溶液洗脱（）A.水B.高盐C.低pHD. 高pH2、“类似物容易吸附类似物”的原则,一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂中吸附极性物质（）A.极性溶剂B.非极性溶剂C.水D.溶剂3、“类似物容易吸附类似物”的原则, 一般非极性吸附剂适宜于从下列何种溶剂中吸附非极性物质。
（）A.极性溶剂B.非极性溶剂C.三氯甲烷D.溶剂4、下列属于无机吸附剂的是：（）A.白陶土B.活性炭C.淀粉D.纤维素5、活性炭在下列哪种溶剂中吸附能力最强？（）A.水B.甲醇C.乙醇D.三氯甲烷6、关于大孔树脂洗脱条件的说法，错误的是：（）A .最常用的是以高级醇、酮或其水溶液解吸。
B. 对弱酸性物质可用碱来解吸。
C. 对弱碱性物质可用酸来解吸。
D.如吸附系在高浓度盐类溶液中进行时，则常常仅用水洗就能解吸下来。
三、名词解释1、吸附法(adsorption method)：2、大网格高聚物吸附剂（macroreticular adsorbent）：四、问答题1、简述吸附法的定义和特点。
2、影响吸附的因素有哪些？第五章沉淀法（答案）一.填空1.固相析出法主要包括盐析法，有机溶剂沉淀法，等电点沉淀法，结晶法及其它多种沉淀方法等。
2.按照一般的习惯，析出物为晶体时称为结晶法，析出物为无定形固体则称为沉淀法。
3.影响盐析的因素有：无机盐的种类、溶质（蛋白质等）种类的影响、蛋白质浓度的影响、温度的影响、pH的影响4. 结晶包括三个过程：(1) 形成过饱和溶液；(2) 晶核形成；(3) 晶体生长。
第6章 吸附
VC − ) ( 0 C q= e W
（6-1） ）
式中：V—废水容积；W—活性炭投量，g C0—废水吸附质浓度（g/L） C—吸附平衡浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质 浓度mg/L qe=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则qe=f(C)，叫 吸附等温线。
3.吸附等温线 吸附等温线 在一定T 在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线 随平衡浓度C （q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述 q=f(C)）叫吸附等温线。 则叫吸附等温式。 则叫吸附等温式。 4.吸附等温式（三种） 4.吸附等温式（三种） 吸附等温式 朗格谬公式 表示I 表示I型吸附等温线的有弗里德利希公式 表示II型吸附等温线的有BET公式 表示II型吸附等温线的有BET公式 II型吸附等温线的有BET
2、化学性质 、 由于活性炭表面形成了复杂的含氧官能团以及 碳氢化合物。官能团相对数量决定其极性强弱 和吸附性能。 一般把活性炭表面氧化物分为 酸性官能团 碱性官能团 两种官能团的形成条件 300-500℃以下用湿空气制造的活性炭以酸性 官能团为主 800-900 ℃以下用空气、蒸汽或二氧化碳为活 化炭活化氧化剂制造的活性炭碱性占主 500-800 ℃之间制造活性炭两性
1n / e
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附容量
1 取对数： g e g g e 取对数： l q =l K+ l C n
对确定的K和 时 吸附力函数)越小 对确定的 和 Ce时 ， 1/n(吸附力函数 越小 ， 吸附 吸附力函数 越小， 性能越好， 性能越好，1/n=0.1~0.5，容易吸附； ，容易吸附； 1/n>2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸附，反之 ，则难吸附。 较大则采用连续吸附 较大则采用连续吸附， 采用间歇吸附。 采用间歇吸附。
（6-1） ）
式中：V—废水容积；W—活性炭投量，g C0—废水吸附质浓度（g/L） C—吸附平衡浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质 浓度mg/L qe=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则qe=f(C)，叫 吸附等温线。
3.吸附等温线 吸附等温线 在一定T 在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线 随平衡浓度C （q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述 q=f(C)）叫吸附等温线。 则叫吸附等温式。 则叫吸附等温式。 4.吸附等温式（三种） 4.吸附等温式（三种） 吸附等温式 朗格谬公式 表示I 表示I型吸附等温线的有弗里德利希公式 表示II型吸附等温线的有BET公式 表示II型吸附等温线的有BET公式 II型吸附等温线的有BET
2、化学性质 、 由于活性炭表面形成了复杂的含氧官能团以及 碳氢化合物。官能团相对数量决定其极性强弱 和吸附性能。 一般把活性炭表面氧化物分为 酸性官能团 碱性官能团 两种官能团的形成条件 300-500℃以下用湿空气制造的活性炭以酸性 官能团为主 800-900 ℃以下用空气、蒸汽或二氧化碳为活 化炭活化氧化剂制造的活性炭碱性占主 500-800 ℃之间制造活性炭两性
1n / e
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附容量
1 取对数： g e g g e 取对数： l q =l K+ l C n
对确定的K和 时 吸附力函数)越小 对确定的 和 Ce时 ， 1/n(吸附力函数 越小 ， 吸附 吸附力函数 越小， 性能越好， 性能越好，1/n=0.1~0.5，容易吸附； ，容易吸附； 1/n>2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸附，反之 ，则难吸附。 较大则采用连续吸附 较大则采用连续吸附， 采用间歇吸附。 采用间歇吸附。
《大气污染控制工程》第6章 吸附法净化气态污染物
分子层吸附 固体表面是不均匀的，各 化学中心的能量不相等； 吸附热随θ的增加而对数
下降。真实吸附 固体表面是不均匀的，各 化学中心的能量不相等； 吸附热随θ的增加而线性
下降。真实吸附
物理吸附。同朗格谬尔， 多层吸附
方程式型式
A
V Vm
KpA 1 KpA
A Bp1A/ n
A
1 f
ln(KpA )
p (c 1)p V (p0 p) Vmcp0
5
6
区，即吸附区、再生区、冷却
区。吸附、再生和冷却过程都
是连续进行的。
回转床吸附器
1-废气 2-净化气 3-解吸废气 4-再生热空气 5-冷却气6- 冷却废气
一、吸附装置
流动床吸附器
1-净化气 2-废气 3-过热蒸气 4-预热段 5-解吸蒸气 6-输送用空气 7-回收的有机物质 8-冷凝水
3.流动床吸附器 流动床吸附器的特点是
适用范围 物理吸附 与化学吸
附
同上
化学吸附
物理吸附
二、吸附速率
吸附过程： ➢ 外扩散（气体主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
➢ 脱附 ➢ 内扩散(内表面 外表面) ➢ 外扩散(外表面 气体主体)
控制步骤：扩散阻力
吸附过程示意图
二、吸附速率
外扩散传质速率：
dqA
d
kYap (YA
[(z-za)ρsXT+zaρs(1-ƒ)XT ]
二、固定床吸附器计算
全床层饱和度：
S
达到破点时床层吸附的 吸附质的量 达到吸附平衡时床层吸 附的吸附质的总量
(z za )sXT za s (1 f )XT zsXT
z fza z
下降。真实吸附 固体表面是不均匀的，各 化学中心的能量不相等； 吸附热随θ的增加而线性
下降。真实吸附
物理吸附。同朗格谬尔， 多层吸附
方程式型式
A
V Vm
KpA 1 KpA
A Bp1A/ n
A
1 f
ln(KpA )
p (c 1)p V (p0 p) Vmcp0
5
6
区，即吸附区、再生区、冷却
区。吸附、再生和冷却过程都
是连续进行的。
回转床吸附器
1-废气 2-净化气 3-解吸废气 4-再生热空气 5-冷却气6- 冷却废气
一、吸附装置
流动床吸附器
1-净化气 2-废气 3-过热蒸气 4-预热段 5-解吸蒸气 6-输送用空气 7-回收的有机物质 8-冷凝水
3.流动床吸附器 流动床吸附器的特点是
适用范围 物理吸附 与化学吸
附
同上
化学吸附
物理吸附
二、吸附速率
吸附过程： ➢ 外扩散（气体主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
➢ 脱附 ➢ 内扩散(内表面 外表面) ➢ 外扩散(外表面 气体主体)
控制步骤：扩散阻力
吸附过程示意图
二、吸附速率
外扩散传质速率：
dqA
d
kYap (YA
[(z-za)ρsXT+zaρs(1-ƒ)XT ]
二、固定床吸附器计算
全床层饱和度：
S
达到破点时床层吸附的 吸附质的量 达到吸附平衡时床层吸 附的吸附质的总量
(z za )sXT za s (1 f )XT zsXT
z fza z
第6章-吸附精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第6章 吸附一．填空题1.按照吸附的作用机理，吸附作用被分成两大类，即 和 。
2.影响吸附剂吸附量的主要因素包括 和 。
3.在水和废水处理中，活性炭有着广泛的应用。
在饮用水处理中，活性炭的功能可以表现为 、 、 、 、 等方面。
4.水处理中常用的吸附剂除了活性炭之外，还有 、 、 、 等等。
5.活性炭的两种类型是 和 。
二．名词解释1.吸附2.吸附质3.吸附剂4.物理吸附5.化学吸附6.解吸三．简答题1.什么是吸附穿透现象，穿透曲线，并画出穿透曲线的示意图。
2.什么是吸附等温线，有什么应用意义。
3.分别解释EBCT ，C cri ，L cri 的定义，并说明它们之间存在的关系。
4.什么是活性炭的再生，活性炭的再生方法有哪些？5.影响活性炭吸附性能的因素有哪些？6.在水处理中，粉末炭的投加点有哪些，选择合适的投加点要考虑哪些因素？7.说明物理吸附和化学吸附的区别？8. 污水中乳化油粗粒化附聚原理？（哈工大）9. 是否任何物质都能粘附在空气泡上，取决于哪些因素？（哈工大）10. 绘图说明有明显吸附带的穿透曲线？如何充分利用吸附容量？（哈工大）11. 水质资料如下：Ca 2+：1.8mmol/L ；Mg 2+：0.6mmol/L ；Na ++K +：0.2mmol/L ；HCO 3-：2.6mmol/L ；SO 42-：0.4mmol/L ；Cl -：1.6mmol/L ； 采用离子交换法软化并除碱，处理水量为100m 3/d ，要求剩余碱度为0.2mmol/L 。
1）请选择合适的软化除碱工艺，并画出工艺流程示意图；2）计算经过每个离子交换器的处理水量；3）计算经RH 离子交换器处理出水的强酸根浓度。
第六章-吸附分离PPT课件
吸下来。 – 对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。
36
• 从离子交换介质上洗脱
• 阶段洗脱法 分段改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分洗脱下来。
洗 脱 剂 浓 度
操作时间
37
• 梯度洗脱法 连续改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分被洗脱下来。通常采用一种低浓度 的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液做 为最终溶液。两者通过一混合器混合。优于阶段 法。
20
• 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。
21
• 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。
45
• 6.7 移动床和模拟移动床吸附
• 移动床(moving bed) 希望能象气体吸收操作的液相那样，吸附操
作中的固相可以连续输入和排出吸附塔，与料液 形成逆流接触流动，则可实现连续稳态的吸附操 作。
46
47
• 模拟移动床
由于固相吸附剂移动不便且易造成堵塞。可 固定吸附剂，而移动切换液相（包括料液和洗脱 液）的入口和出口位置，如同移动固相一样，产 生与移动床相同的效果。
36
• 从离子交换介质上洗脱
• 阶段洗脱法 分段改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分洗脱下来。
洗 脱 剂 浓 度
操作时间
37
• 梯度洗脱法 连续改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分被洗脱下来。通常采用一种低浓度 的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液做 为最终溶液。两者通过一混合器混合。优于阶段 法。
20
• 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。
21
• 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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• 6.7 移动床和模拟移动床吸附
• 移动床(moving bed) 希望能象气体吸收操作的液相那样，吸附操
作中的固相可以连续输入和排出吸附塔，与料液 形成逆流接触流动，则可实现连续稳态的吸附操 作。
46
47
• 模拟移动床
由于固相吸附剂移动不便且易造成堵塞。可 固定吸附剂，而移动切换液相（包括料液和洗脱 液）的入口和出口位置，如同移动固相一样，产 生与移动床相同的效果。
吸附作用
• 用于这方面的实验方法有：红外光谱（IR〕、 光 电 子 能 谱 （ XPS〕 、 固 态 核 磁 共 振 （ MAS NMR〕以及质谱（MS〕技术等
第二章 吸附作用
提问
1.为什么说催化是“技艺” 2.物理吸附和化学吸附的差别 3.吸附热的作用及表示方法
第二章 吸附作用
复习
为什么说催化是“技艺”
•类型II，微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附 称为焦姆金（Temkin）吸附
•类型III，微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附 称为费兰德利希(Frundlich)吸附
–后两类吸附热皆随覆盖度变化，称为真实吸附,多数实 验结果是属于后两类或由后两类派生出来的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
零时的吸附热即为起始吸附热。
• 起始吸附热表征的是新鲜的催化剂表面与吸附质的相 互作用，这时吸附粒子间的相互作用最小
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 微分吸附热是覆盖度的函数，其变化关系比较复杂。有三 种类型。
• 类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为常数。这是理想 的吸附情况，实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔 (Langmuir)吸附
催化学科的发展
催化科学成熟的标志
吸附热
积分吸附热
物理吸附和 化学吸附的
差别
吸附速率 吸附活化能 发生的温度 选择性
•覆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度变化对吸吸附层 附活化能和脱附
活化能的影响
吸附热（表微面分覆吸盖附度热的函数）
等 量 吸 附 热
绝 热 吸 附 热
起 始 吸 附 热
•吸附的可逆性
第二章 吸附作用
本次课内容
吸附态包括三方面的内容
第二章 吸附作用
提问
1.为什么说催化是“技艺” 2.物理吸附和化学吸附的差别 3.吸附热的作用及表示方法
第二章 吸附作用
复习
为什么说催化是“技艺”
•类型II，微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附 称为焦姆金（Temkin）吸附
•类型III，微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附 称为费兰德利希(Frundlich)吸附
–后两类吸附热皆随覆盖度变化，称为真实吸附,多数实 验结果是属于后两类或由后两类派生出来的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
零时的吸附热即为起始吸附热。
• 起始吸附热表征的是新鲜的催化剂表面与吸附质的相 互作用，这时吸附粒子间的相互作用最小
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 微分吸附热是覆盖度的函数，其变化关系比较复杂。有三 种类型。
• 类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为常数。这是理想 的吸附情况，实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔 (Langmuir)吸附
催化学科的发展
催化科学成熟的标志
吸附热
积分吸附热
物理吸附和 化学吸附的
差别
吸附速率 吸附活化能 发生的温度 选择性
•覆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度变化对吸吸附层 附活化能和脱附
活化能的影响
吸附热（表微面分覆吸盖附度热的函数）
等 量 吸 附 热
绝 热 吸 附 热
起 始 吸 附 热
•吸附的可逆性
第二章 吸附作用
本次课内容
吸附态包括三方面的内容
水质工程学第6章_吸附
物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附 层。 由于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附 剂可吸附多种吸附质。形成多分子吸附层。
但由于吸附剂和吸附质的极性强弱不同，某 一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是不同的。 被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表
面，这种现象称为解吸。吸附━解吸是可逆过程。
2.化学吸附
V EBCT Q
由于Q已固定，EBCT的大小决定于V的大小。 从经济性上看，其值越小越好，从吸附效果上看， 其值越大越好。
4.临界穿透浓度及吸附柱临界深度 临界穿透浓度是指可以接受的污染物最大 出水浓度。 运行一开始就导致出水浓度等于临界穿透 浓度的吸附柱深度。其值与EBCT存在如下关 系：
第六章
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
吸附
吸附概述 活性炭吸附 活性炭吸附的应用 活性炭的再生 水处理中的其它吸附剂
6.1
6.1.1 概念
吸附概述
吸附：在两相界面层中，某物质的浓度自动发生 富集的现象。
在水处理中，主要介绍利用固体物质表面对水 中物质的吸附作用，即固—液界面上的吸附：
吸附法：是利用多孔性的固体物质，使水中的 一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。
吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触时 间，V越大，则接触时间越短，所需设备容积 就越小，反之亦然。
吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。吸 附过程一般分为3个阶段： ① 颗粒外部扩散阶段 ② 颗粒内部扩散阶段
③ 吸附反应阶段。
活性炭的吸附速度大小受下列因素影响： ① 溶液浓度C↑，则V↑；
②
颗粒直径d↓，则V↑； d↓,V↑。所以，粉末 状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时 间短，设备容积小。
bCe qe qmax 1 bCe
吸附热力学-吸附及吸附过程PPT课件
1.2 吸附热力学
✓气体混合吸附的Lngmuir等温式
两式联立解得qA，qB分别为：
A
apA
1apAa'
pB
B
apB
1apAa'
pB
对i种气体混合吸附的Lngmuir吸附公式为：
i
ai pi
i
1 a i p i
1
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21
3）Langmuir吸附等温式
1.2 吸附热力学
Langmuir吸附等温式的缺点： ①假设吸附是单分子层的，与事实不符。 ②假设表面是均匀的，其实大部分表面是不均匀的。 ③在覆盖度q 较大时，Langmuir吸附等温式不适用。
✓它意味着吸附热与覆盖度无关。它适用于覆盖度不太大 的情况，
✓Langmuir公式只适用于固体表面的单分子层吸附，它仅 适用于Ⅰ型等温线的气体吸附。
✓Langmuir吸附等温式既适用于物理吸附又适用于化学吸附。
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4）BET 吸附等温式
1.2 吸附热力学
为了解决更多的实验问题，1938年， Brunauer(布诺尔)、 Emmett (埃 米特)和Teller (特勒)三人在朗缪尔单分子层吸附理论基础上提出多分子层 吸附理论（公式），简称BET理论（公式）。
第一章 吸附及吸附过程
1.2 吸附热力学
(1) 吸附等温线 (2) 吸附等压线 (3) 吸附等量线 (4) 吸附等温方程 (5) 吸附热
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1.2 吸附热力学
1
(2) 吸附等压线
1.2 吸附热力学
在吸附压力恒定时，吸附量随吸附温度的变化而变化，可
化工分离过程--第6章-吸附与制备色谱
5 1
12
13
抽真空
4 3
2 7
15
16
解决办法：为此开发了采用活性炭为吸附剂的吸附流程，可使气相中
的氯苯浓度从约28 mg/L 减少到约1.5 mg/L，并使生产中溶剂损耗减 少约三分之二。研究表明，活性炭可吸附约相当与其装载质量10％的氯 苯，吸附饱和后的活性炭可用水蒸气脱附后重复使用。
6.3 色谱分离的基本 原理
n 16( tR )2 Wb
n 6.28(tRhp )2 Ap
(a) (b)
(c)
W1/2
hp hp
2
Wb
式中，hp为峰高，Wb为峰宽，W1/2为半峰高处 的峰宽，Ap为峰面积，见图。
“等板高度”
理论板概念被广泛的应用于衡量色谱柱 性能的好坏。较大的板数意味着较窄的 色谱峰，即性能较好的柱。同时被引入
的还有等板高度(HETP)h的概念
h L n
式中L为柱的有效高度。显然，等板高度h
小意味着性能好的柱。
组分分辨率
在一个复杂样品的色谱分离会出现大量的分离峰，其中任意一
对峰的分辨率Rs定义为两峰之间的距离和两个峰的平均峰宽之比
Rs
2(VR2 VR1 ) Wb2 Wb1
欲使两组分峰得到完全分离，Rs应大于1， Rs小于1说明两
常见的色谱分离方法 ——柱色谱（柱层析）
流动相 加样
流动相 展开
流动相 洗脱
色谱过程示意图
在柱色谱中，将固定相装填在一 根管子（称之为色谱柱）中，流 动相则泵送进入色谱柱。被分离 的样品被加到色谱柱的上游，随 着流动相向下游移动，依固定相 对不同组分分子的吸附能力从弱 到强，样品中的不同组分在色谱 柱中的移动速度由快到慢，在色 谱柱的下游按其流出顺序分别加 以收集，即可实现对样品中不同 组分的分离。
环境工程原理6. 吸附机理
BET方程(Brumaucr、Emmett、Teller)
该方程是Brunauer、Emmett和Tdler等人基于多分子层吸附模型推导出来的。 BET理论认为吸附过程取决于范德华力。由于这种力的作用，可使吸附质在吸附 剂表面吸附一层以后，再一层一层吸附下去，只不过逐渐减弱而已。 BET吸附模型是在朗格缪尔等温吸附模型基础上建立起来的，BET方程是等温多 分子层的吸附模型，其假定条件为： a. 吸附剂表面为多分子层吸附； b. 被吸附组分之间没有相互作用力，吸附的分子可以累叠，而每层的吸附服从朗 格缪尔吸附模型； c. 第一层吸附释放的热量为物理吸附热，第二层以上吸附释放的热量为液化热； d. 总吸附量为各层吸附量的总和。
按吸附剂再生方法分类
吸附过程还可以根据吸附剂的再生方法分为变温吸附 (tempera1ure swing adsorption，TSA)和变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)。在TSA循环中，吸附剂主要靠加热法得到再 生。一般加热是借助预热清洗气体来实现，每个加热一冷却循 环通常需要数小时乃至数十小时。因此，TSA几乎专门用于处 理量较小的物料的分离。 PSA循环过程是通过改变系统的压力来实现的。系统加压 时，吸附质被吸附剂吸附，系统降低压力，则吸附剂发生解吸， 再通过惰性气体的清洗，吸附剂得到再生。由于压力的改变可 以在极短时间内完成，所以PSA循环过程通常只需要数分钟乃 至数秒钟。PSA循环过程被广泛用于大通量气体混合物的分离。
设吸附剂表面覆盖率为θ，则θ可以表示为 θ=q/qm 式中：qm——吸附剂表面所有吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，即饱和 吸附量。 气体的脱附速率与汐成正比，可以表示为kdθ，气体的吸附速率与剩余吸附 面积(1—θ) 和气体分压成正比，可以表示为kap(1一θ)。吸附达到平衡时， 吸附速率与脱附速率相等，则 θ/(1-θ)=kap/kd 式中：ka——吸附速率常数； kd——脱附速率常数。
生物分离工程分
第一章绪论一、生物分离工程在生物技术中的地位？生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节。
因此，生物分离是生物技术的重要组成部分。
生物分离工程是生物技术的下游技术，用于目标产物的提取、浓缩、纯化以及成品化。
二、生物分离工程的特点是什么？1．产品丰富，产品的多样性导致分离方法的多样性2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离3．生物分离一般比化工分离难度大三、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？生物分离过程一般分四步：1.固-液分离（不溶物的去除）离心、过滤、细胞破碎，目的是提高产物浓度和质量2.浓缩（杂质粗分）离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。
3．纯化色谱电泳沉淀以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。
4．精制结晶干燥四、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？（1）产品价值（2）产品质量（3）产物在生产过程中出现的位置（4）杂质在生产过程中出现的位置（5）主要杂质独特的物化性质是什么（6）不同分离方法的技术经济比较上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。
五、生物分离效率有哪些评价指标？1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m2．系数α回收率REC第二章细胞分离与破碎一、细胞破碎的目的意义由于有许多生化物质存在于细胞内部，必须在纯化以前将细胞破碎，使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大通透性）或破碎，释放其中的目标产物，然后方可进行提取。
二、细胞破碎方法的大致分类破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类，非机械破碎法又可分为化学（和生物化学）破碎法和物理破碎法。
1．机械破碎处理量大、破碎效率高速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。
细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。
2．化学（和生物化学）渗透破碎法（1）渗透压冲击法（休克法）（2）酶溶（酶消化）法3．物理破碎法1）冻结－融化法（亦称冻融法）（2）干燥法空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点：化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高，胞内产物的总释放率低，特别是可有效地抑制核酸的释放，料液的粘度小，有利于后处理过程。
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tion
本章要解决的问题:
•吸附过程的本质是什么吗?
•吸附在水处理中的作用是什么?
•吸附在工业上是如何实现的? •常用的吸附剂有哪些?如何评价其优劣?
通过本章学习应掌握以下内容：
◆吸附法
◆吸附法的分类，其主要机理
◆吸附工艺过程 ◆吸附剂的要求与特性
◆吸附剂的再生
第六章
教学内容
d的大小对内、外部扩散都有很大影响， d ↓, V↑。所以，粉末状活性炭比粒状活性 炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容 积小。
6.2 吸附的操作及设备
6.2.1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。 废水在不流动的条件下进行的吸附操作 为静态吸附操作。 静态吸附操作工艺过程是把一定量的吸 附剂投入欲处理的废水中，不断地进行搅拌 达到吸附平衡后，再用沉降或过滤的方法使 废水与吸附剂分开。 静态吸附操作是间歇式操作。有时需要进 行多次。
（2）吸附质的性质
对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差
异，吸附效果也不一样。
通常有机物在水中的溶解度随着链长的增
长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机
物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量
随有机物分子量的增大而增加。
如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸<乙酸<
丙酸<丁酸的次序而增加。
（3）操作条件
温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附， 升温有利于脱附。 pH:溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分 子、离子、络合物)，也影响到吸附剂表面 的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效 果。 接触时间：应保证吸附剂与吸附质有足够的 接触时间。 吸附剂的脱附再生、溶液的组成和浓度及 其它因素也影响吸附效果。
（2）化学吸附的特点
吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的 吸附称为化学吸附。 有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几 种物质有吸附作用; 一般为单分子层吸附，分子不能在表面自由 移动; 吸附时放热量较大；通常需要一定的活化能; 在低温时，吸附速度较小； 吸附牢固，解吸困难。 影响化学吸附的主要因素：吸附剂的表面化 学性质和吸附质的化学性质。
有两个因素决定吸附的发生：溶质对水的疏 水特性；溶质对固体颗粒的高度亲合力。 溶质的溶解度决定第一个因素。 吸附质与吸附剂之间的静电引力、范德华力 或化学键力决定第二个因素。 根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同，吸 附可分为物理吸附(physical adsorption)、
化学吸附(chemical adsorption)和离子交换
吸附是一种界面现象，其作用发生在两 个相（体系中具有相同物理性质和化学性质 的任何均匀部分）的界面上。 吸附的原因是固体表面的分子或原子因 受力不均衡而具有剩余的表面能。当某些物 质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸 引而停留在固体表面上，这就是吸附。 吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集， 吸附剂的表面能降低。溶质从水中移向固体 颗粒表面而发生吸附，是水、溶质和固体颗 粒三者之间相互作用的结果。
流动 床吸 附塔 构造 示意 图
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
1）比表面积 单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂的粒径越小， 或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大， 则吸附能力越强。e.g. 苯酚在丙烯酸酯类树脂中的吸附
¿ (mg/g) ½ Á ü ¸ Î
V (C0 C ) q W
6.1.2吸附平衡与吸附容量
根据平衡吸附量与相应的平衡浓度C ，得 到吸附等温线。常用描述的数学表达式有 Langmiur，B.E.T，Freundlich等温线
Langmiur
abce qe 1 bc
Bace qe (c s c e )[1 ( B 1)c e / c s ]
6.2 吸附的操作及设备
（1）固定床
固定床是废水处理中常用的吸附装置。让废
水连续地通过填充吸附剂的设备。这种动态吸
附设备中，吸附剂在操作过程中是固定的。
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。
吸附速度(adsorption rate)：
吸附速度测定装置 将20目以下的一定量的吸 附剂加入反应瓶A中，一边 搅拌一边从B处注入被吸附 溶液，经过一定时间接触后， 每隔一段时间取一次悬浮液 送入C内，使吸附剂与溶液 立即分离，测定液相溶质浓 度，求出吸附量和去除率， 从而确定吸附速度。
吸附过程一般分为3个阶段： 1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段
固 定 床 吸 附 塔 示 意 图
粒状活性 炭吸附层
固定床的操作是间 断的，因为吸附饱 和后需要更换新炭
23
（2）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底排出，
即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。
2.颗粒内部扩散阶段
3. 吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内 表面上。 吸附反应速度非常快，吸附速度主要取 决于第I、II阶段速度，而颗粒外部扩散 速度（液膜扩散）U=f(C, d, 搅动)
颗粒外部 扩散速度
溶液浓度C↑，则U↑
颗粒直径d↓，则U↑
加强搅动，则U↑
颗粒内部扩散速度 V=f （细孔大小与构造， 吸附剂的d） 吸附剂颗粒直径d↓，V↑。
30 20 10 0
635 511 143 333 252 254
0
200
400
600
2
800
ü ¸ Î ½ ¼ Á ± È ± í Ã æ £ ¨ m /g£ ©
苯酚的吸附量与吸附剂比表面之间的关系
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
2）孔结构 吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。 孔径太大，比表面积小，吸附能力差。 孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏 蔽作用。
equilibrium)。
6.1.2吸附平衡与吸附容量
达到吸附平衡时吸附质在液相中的浓度称为 平衡浓度(equilibrium concentration)。
吸附容量(adsorptive capacity)是指单位质量 的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用q表 示，单位mg/g 或g/g。 如果用V表示废水体积；C0和C分别表示 吸附前后吸附质的浓度；W表示吸附剂的质 量，则：
B.E.T Freundlich
qe Kce
1/ n
n>1
吸附速度(adsorption rate)：
吸附速度（adsorption rate)是指单位质量的
吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。
吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质，实
际废水处理中，由于废水中的成分复杂，吸附
速度由试验来确定。 吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间 (contact time)。吸附速度越快，接触时间越短， 所需的吸附设备的容积也就越小。
常用的吸附剂
◎活性炭
◎分子筛
◎树脂吸附剂 ◎腐植酸类吸附剂 ◎硅胶 ◎活性铝
（1）活性炭
活性炭是一种非极性吸附剂。
是由含炭为主的物质为原料，经高温 炭化和活化制得的疏水性吸附剂。 外观为暗黑色，有粒状(granular activated carbon, GAC)和粉状(powder activated carbon, PAC)两种，目前工业 上大量采用的是粒状活性炭。
（3）离子交换吸附的特点
离子交换吸附指吸附质的离子由于静电引
力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置
换出原先固定在这些带电点上的其他离子。
※吸附力为静电引力
※有一定的选择性 ※吸附热与物理吸附相近
影响交换吸附势的重要因素：离子电荷数和 水合半径的大小。
在实际吸附过程中,上述几类吸附往往同时 存在,难于明显区分。e.g. 某物质分子在物理吸 附后,其化学键被拉长,甚至拉长到足以改变这 个分子的化学性质。物理吸附和化学吸附在一 定条件下也是可以相互转化的。同一物质在低 温下为物理吸附;高温下则为化学吸附。 物理吸附后再生容易，且能回收吸附质。 化学吸附因结合牢固，再生较困难，必须在 高温下才能脱附，脱附下来的可能还是原来的 吸附质，也可能是新的物质。利用化学吸附处 理毒性很强的污染物更安全。
6.1吸附的基本理论 6.1.1吸附过程及分类 6.1.2吸附平衡与吸附容量 6.2吸附的操作及设备 6.2.1吸附操作分类 6.2.2吸附操作设备 6.3影响吸附的因素 6.4吸附剂 6.5吸附剂的解吸再生 6.6吸附法处理的特点及应用
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6.1 吸附的基本理论
6.1.1 吸附过程及分类
吸附是指利用多孔性固体物质吸附废 水中某种或几种污染物，以回收或去除 某些污染物，从而使废水得到净化的方 法。 具有吸附能力的多孔性固体物质称为 吸附剂(absorbent)。而废水中被吸附的 物质称为吸附质(adsorbate)。
6.1.2吸附平衡与吸附容量
• 当废水和吸附剂充分接触后，一方面吸附质 被吸附剂吸附，另一方面一部分已被吸附的 吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂 的表面，又回到液相中去。前者称为吸附过 程，后者称为解吸过程(desorption)。 • 当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间 内吸附的数量等于解吸数量时，则吸附质在 液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变， 此 时 称 为 达 到 吸 附 平 衡 (adsorption
活性炭细孔分布及作用图
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
3）表面化学性质
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，它们
本章要解决的问题:
•吸附过程的本质是什么吗?
•吸附在水处理中的作用是什么?
•吸附在工业上是如何实现的? •常用的吸附剂有哪些?如何评价其优劣?
通过本章学习应掌握以下内容：
◆吸附法
◆吸附法的分类，其主要机理
◆吸附工艺过程 ◆吸附剂的要求与特性
◆吸附剂的再生
第六章
教学内容
d的大小对内、外部扩散都有很大影响， d ↓, V↑。所以，粉末状活性炭比粒状活性 炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容 积小。
6.2 吸附的操作及设备
6.2.1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。 废水在不流动的条件下进行的吸附操作 为静态吸附操作。 静态吸附操作工艺过程是把一定量的吸 附剂投入欲处理的废水中，不断地进行搅拌 达到吸附平衡后，再用沉降或过滤的方法使 废水与吸附剂分开。 静态吸附操作是间歇式操作。有时需要进 行多次。
（2）吸附质的性质
对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差
异，吸附效果也不一样。
通常有机物在水中的溶解度随着链长的增
长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机
物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量
随有机物分子量的增大而增加。
如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸<乙酸<
丙酸<丁酸的次序而增加。
（3）操作条件
温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附， 升温有利于脱附。 pH:溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分 子、离子、络合物)，也影响到吸附剂表面 的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效 果。 接触时间：应保证吸附剂与吸附质有足够的 接触时间。 吸附剂的脱附再生、溶液的组成和浓度及 其它因素也影响吸附效果。
（2）化学吸附的特点
吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的 吸附称为化学吸附。 有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几 种物质有吸附作用; 一般为单分子层吸附，分子不能在表面自由 移动; 吸附时放热量较大；通常需要一定的活化能; 在低温时，吸附速度较小； 吸附牢固，解吸困难。 影响化学吸附的主要因素：吸附剂的表面化 学性质和吸附质的化学性质。
有两个因素决定吸附的发生：溶质对水的疏 水特性；溶质对固体颗粒的高度亲合力。 溶质的溶解度决定第一个因素。 吸附质与吸附剂之间的静电引力、范德华力 或化学键力决定第二个因素。 根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同，吸 附可分为物理吸附(physical adsorption)、
化学吸附(chemical adsorption)和离子交换
吸附是一种界面现象，其作用发生在两 个相（体系中具有相同物理性质和化学性质 的任何均匀部分）的界面上。 吸附的原因是固体表面的分子或原子因 受力不均衡而具有剩余的表面能。当某些物 质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸 引而停留在固体表面上，这就是吸附。 吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集， 吸附剂的表面能降低。溶质从水中移向固体 颗粒表面而发生吸附，是水、溶质和固体颗 粒三者之间相互作用的结果。
流动 床吸 附塔 构造 示意 图
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
1）比表面积 单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂的粒径越小， 或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大， 则吸附能力越强。e.g. 苯酚在丙烯酸酯类树脂中的吸附
¿ (mg/g) ½ Á ü ¸ Î
V (C0 C ) q W
6.1.2吸附平衡与吸附容量
根据平衡吸附量与相应的平衡浓度C ，得 到吸附等温线。常用描述的数学表达式有 Langmiur，B.E.T，Freundlich等温线
Langmiur
abce qe 1 bc
Bace qe (c s c e )[1 ( B 1)c e / c s ]
6.2 吸附的操作及设备
（1）固定床
固定床是废水处理中常用的吸附装置。让废
水连续地通过填充吸附剂的设备。这种动态吸
附设备中，吸附剂在操作过程中是固定的。
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。
吸附速度(adsorption rate)：
吸附速度测定装置 将20目以下的一定量的吸 附剂加入反应瓶A中，一边 搅拌一边从B处注入被吸附 溶液，经过一定时间接触后， 每隔一段时间取一次悬浮液 送入C内，使吸附剂与溶液 立即分离，测定液相溶质浓 度，求出吸附量和去除率， 从而确定吸附速度。
吸附过程一般分为3个阶段： 1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段
固 定 床 吸 附 塔 示 意 图
粒状活性 炭吸附层
固定床的操作是间 断的，因为吸附饱 和后需要更换新炭
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（2）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底排出，
即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。
2.颗粒内部扩散阶段
3. 吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内 表面上。 吸附反应速度非常快，吸附速度主要取 决于第I、II阶段速度，而颗粒外部扩散 速度（液膜扩散）U=f(C, d, 搅动)
颗粒外部 扩散速度
溶液浓度C↑，则U↑
颗粒直径d↓，则U↑
加强搅动，则U↑
颗粒内部扩散速度 V=f （细孔大小与构造， 吸附剂的d） 吸附剂颗粒直径d↓，V↑。
30 20 10 0
635 511 143 333 252 254
0
200
400
600
2
800
ü ¸ Î ½ ¼ Á ± È ± í Ã æ £ ¨ m /g£ ©
苯酚的吸附量与吸附剂比表面之间的关系
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
2）孔结构 吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。 孔径太大，比表面积小，吸附能力差。 孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏 蔽作用。
equilibrium)。
6.1.2吸附平衡与吸附容量
达到吸附平衡时吸附质在液相中的浓度称为 平衡浓度(equilibrium concentration)。
吸附容量(adsorptive capacity)是指单位质量 的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用q表 示，单位mg/g 或g/g。 如果用V表示废水体积；C0和C分别表示 吸附前后吸附质的浓度；W表示吸附剂的质 量，则：
B.E.T Freundlich
qe Kce
1/ n
n>1
吸附速度(adsorption rate)：
吸附速度（adsorption rate)是指单位质量的
吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。
吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质，实
际废水处理中，由于废水中的成分复杂，吸附
速度由试验来确定。 吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间 (contact time)。吸附速度越快，接触时间越短， 所需的吸附设备的容积也就越小。
常用的吸附剂
◎活性炭
◎分子筛
◎树脂吸附剂 ◎腐植酸类吸附剂 ◎硅胶 ◎活性铝
（1）活性炭
活性炭是一种非极性吸附剂。
是由含炭为主的物质为原料，经高温 炭化和活化制得的疏水性吸附剂。 外观为暗黑色，有粒状(granular activated carbon, GAC)和粉状(powder activated carbon, PAC)两种，目前工业 上大量采用的是粒状活性炭。
（3）离子交换吸附的特点
离子交换吸附指吸附质的离子由于静电引
力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置
换出原先固定在这些带电点上的其他离子。
※吸附力为静电引力
※有一定的选择性 ※吸附热与物理吸附相近
影响交换吸附势的重要因素：离子电荷数和 水合半径的大小。
在实际吸附过程中,上述几类吸附往往同时 存在,难于明显区分。e.g. 某物质分子在物理吸 附后,其化学键被拉长,甚至拉长到足以改变这 个分子的化学性质。物理吸附和化学吸附在一 定条件下也是可以相互转化的。同一物质在低 温下为物理吸附;高温下则为化学吸附。 物理吸附后再生容易，且能回收吸附质。 化学吸附因结合牢固，再生较困难，必须在 高温下才能脱附，脱附下来的可能还是原来的 吸附质，也可能是新的物质。利用化学吸附处 理毒性很强的污染物更安全。
6.1吸附的基本理论 6.1.1吸附过程及分类 6.1.2吸附平衡与吸附容量 6.2吸附的操作及设备 6.2.1吸附操作分类 6.2.2吸附操作设备 6.3影响吸附的因素 6.4吸附剂 6.5吸附剂的解吸再生 6.6吸附法处理的特点及应用
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6.1 吸附的基本理论
6.1.1 吸附过程及分类
吸附是指利用多孔性固体物质吸附废 水中某种或几种污染物，以回收或去除 某些污染物，从而使废水得到净化的方 法。 具有吸附能力的多孔性固体物质称为 吸附剂(absorbent)。而废水中被吸附的 物质称为吸附质(adsorbate)。
6.1.2吸附平衡与吸附容量
• 当废水和吸附剂充分接触后，一方面吸附质 被吸附剂吸附，另一方面一部分已被吸附的 吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂 的表面，又回到液相中去。前者称为吸附过 程，后者称为解吸过程(desorption)。 • 当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间 内吸附的数量等于解吸数量时，则吸附质在 液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变， 此 时 称 为 达 到 吸 附 平 衡 (adsorption
活性炭细孔分布及作用图
6.3 影响吸附的因素
6.3.1 吸附剂性质的影响
3）表面化学性质
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，它们