固体表面(活性炭吸附剂)
吸附剂的种类
常用吸附剂简介（发稿时间：2009-02-17 阅读次数：715）常用的吸附剂有：活性炭、天然有机吸附剂、天然无机吸附剂、合成吸附剂。
1、活性炭活性炭是从水中除去不溶性漂浮物（有机物、某些无机物）最有效的吸附剂，有颗粒状和粉状两种状态。
清除水中泄漏物用的是颗粒状活性炭。
被吸附的泄漏物可以通过解吸再生回收使用，解吸后的活性炭可以重复使用。
影响吸附效率的关键因素是被吸附物分子的大小和极性。
吸附速率随着温度的上升和污染物浓度的下降而降低。
所以必须通过实验来确定吸附某一物质所需的炭量。
试验应模拟泄漏发生时的条件进行。
2、天然有机吸附剂天然有机吸附剂由天然产品，如木纤维、玉米秆、稻草、木屑、树皮、花生皮等纤维素和橡胶组成，可以从水中除去油类和与油相似的有机物。
天然有机吸附剂具有价廉、无毒、易得等优点，但再生困难。
3、天然无机吸附剂天然无机吸附剂是由天然无机材料制成的，常用的天然无机材料有黏土、珍珠岩、蛭石、膨胀页岩和天然沸石。
根据制作材料分为矿物吸附剂和黏土类吸附剂。
矿物吸附剂可用来吸附各种类型的烃、酸及其衍生物、醇、醛、酮、酯和硝基化合物；黏土类吸附剂能吸附分子或离子，并且能有选择地吸附不同大小的分子或不同极性的离子。
天然无机材料制成的吸附剂主要是粒状的，其使用受刮风、降雨、降雪等自然条件的影响。
4、合成吸附剂合成吸附剂是专门为纯的有机液体研制的，能有效地清除陆地泄漏物和水体的不溶性漂浮物。
对于有极性且在水中能溶解或能与水互溶的物质，不能使用合成吸附剂清除。
能再生是合成吸附剂的一大优点。
常用的合成吸附剂有聚氨酯、聚丙烯和有大量网眼的树脂。
聚氨酯有外表敞开式多孔状、外表面封闭式多孔状及非多孔状几种形式。
所有形式的聚氨酯都能从水溶液中吸附泄漏物，但外表面敞开式多孔状聚氨酯能像海绵一样吸附液体。
吸附状况取决于吸附剂气孔结构的敞开度、连通度和被吸附物的黏度、湿润力，但聚氨酯不能用来吸附处理大泄漏或高毒性泄漏物。
活性炭吸附实验
实验二 活性炭吸附实验一、实验目的1.通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能；2.掌握间歇式活性炭吸附工艺处理污水确定设计参数的方法； 二、实验原理活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭与内部分子吸附质分子通过分子间力产生的吸附，称为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。
活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，此时的动态平衡称为活性炭吸附平衡。
而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。
活性炭的吸附能力以吸附量q 表示MXM )C C (V q 0=-=式中：q ——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质质量，g/g V ——污水体积，LC 0,C ——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的污染物浓度，g/L X ——被吸附物质量，g M---活性炭投加量，g在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用费兰德利希经验式加以表达。
q=K ·C 1/nq ——活性炭吸附量。
g/g C ——被吸附物质平衡浓度，g/LK,n ——与溶液的温度、pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
将费兰德利希经验式取对数后变换为下式： lgq=lgK+1/nlgC将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n ，截距为K ，即可求得K 和n 。
三、实验设备与试剂1.间歇式活性炭吸附实验装置2.六联搅拌器1台或磁力振荡器3.250ml 锥形瓶5个4.粉末活性炭5.烘箱6.COD 、色度测定分析装置、滤纸7.配水 四、实验步骤1.将某污水用滤纸过滤，去除水中悬浮物或自配污水，测定该污水的COD 、色度等值。
第十一章 固体表面
第十一章固体表面11.1本章学习要求1.了解固体表面特性，了解液固界面吸附。
2.掌握气固界面的吸附作用、特性及Freundlich定温式、Langmuir单分子层吸附定温式等相关吸附理论。
了解 B.E.T多分子层吸附定温式及其内容。
3.理解物理吸附和化学吸附的意义和区别。
4.了解液体对固体表面的润湿作用。
理解接触角和 Young方程。
11.2内容概要11.2.1气体在固体表面的吸附1．吸附及类型：固体表面因存在过剩的不平衡力场而具有吸附能力。
它从其周围的介质中吸附其它物质粒子时，可降低固体的表面张力，使体系的Gibbs自由能减小，即吸附作用可以自发进行。
具有吸附能力的物质称为吸附剂(adsorbent)；被吸附的物质称为吸附质(adsorbate)。
根据吸附作用力的不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。
2．等温吸附公式：一定温度下，吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附气体的体积（折算为273K,标准状态下）或物质的量称为吸附量（adsorbance），单位为或。
定温下吸附量与气体平衡压力p的关系式称为吸附等温式。
（1）Freundlich吸附等温式：或式中k、n为经验常数。
以对作图，应得一直线，其截距为，斜率为，由此可求得k、n。
此式是经验公式，一般适用于中压范围。
（2）Langmuir单分子层吸附理论：（ⅰ）气体在固体表面上的吸附是单分子层的；（ⅱ）固体表面是均匀的，各处吸附能力相同；（ⅲ）已被吸附的气体分子间无作用力；（ⅳ）吸附平衡是吸附与解吸的动态平衡。
（3）Langmuir吸附等温式：或其中：b是吸附平衡常数，，吸附速率常数k1与解吸速率常数k-1之比。
是饱和吸附量。
以对p作图得直线，其截距为，斜率为，由此可求得和b。
由值，可进一步求算吸附剂的比表面积S0，S=S：1kg吸附剂具有的表面积；：1kg吸附剂饱和吸附单分子层吸附质分子的物质的量；A：吸附质分子的截面积m2；mL：Avcgadro常数（）；多数化学吸附是单分子层吸附，当复盖率不大，吸附热变化较小时均能满足Langmuir吸附等温式。
吸附异味的方法-推荐下载
一、植物消除法（吊兰、芦荟）吊兰、芦荟、虎尾兰能大量吸收室内甲醛等污染物质，消除并防止室内空气污染；茉莉、丁香、金银花、牵牛花等花卉分泌出来的杀菌素能够杀死空气中的某些细菌，抑制结核、痢疾病原体和伤寒病菌的生长，使室内空气清洁卫生。
大多数植物白天进行光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气；夜间进行呼吸作用，吸收氧气，释放二氧化碳。
而有些植物则相反，如仙人掌就是白天释放二氧化碳，夜间则吸收二氧化碳，释放氧气，这样晚上居室内放有仙人掌，就可补充氧气，利于睡眠。
二、吸附法（活性炭）吸附是一种固体表面现象。
它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。
常用的固体吸附剂有焦炭和活性炭等，其中应用最为广泛的是活性炭。
活性炭对对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、乙醚、煤油、汽油、苯乙烯、氯乙烯等物质都有吸附功能。
油漆味：新油漆的墙壁或家具有一股浓烈的油漆味，要去除漆味，你只需在室内放两盆冷盐水，一至两天漆味便除，也可将洋葱浸泡盆中，同样有效。
居室异味：居室空气污浊，可在灯泡上滴几滴香水或风油精，遇热后会散发出阵阵清香，沁人心脾。
如何去除室内新装修的油漆味注意:装修好的居室不可马上入住，要尽量通风散味，但又不能打开所有门窗通风，因为这样可能会给刚施工完毕的墙顶漆带来不利，使墙顶急速风干，容易出现裂纹，破坏美观。
1、盛器打满凉水，然后加入适量食醋放在通风房间，并打开家具门。
这样既可适量蒸发水份保护墙顶涂料面，又可吸收消除残留异味;2、买些菠萝在每个房间放上几个，大的房间可多放一些。
因为菠萝是粗纤维类水果，既可起到吸收油漆味又可达到散发菠萝的清香味道、加快清除异味的速度，起到了两全其美的效果;3、要快速清除残留油漆味，可用柠檬酸浸湿棉球，挂在室内以及木器家具内;4、刚装修过的房屋往往有天纳水等各种刺鼻的化工原料气味，把一只破开肚的菠萝蜜（一种形似榴莲的热带水果,但绝不是榴莲啊!!放榴莲可糟了!）放在屋内，由于菠萝蜜个体大（一般有西瓜那么大），香味极浓，几天就可以把异味吸光;5、可以去市场挑选一些高科技的祛味清洁剂，它能去除新装修房、新家具等散发出的有害气体。
固体表面的吸附
BET公式
为了使用方便，将二常数公式改写为：
p 1 c 1 p V ( ps p) Vm c Vm c ps
p 用实验数据 V ( p p) s
对
p ps
作图，得一条直线。从直
线的斜率和截距可计算两个常数值c和Vm，从Vm可 以计算吸附剂的比表面：
Am LVm Am是吸附质分子的截面积， S 3 1 22.4dm mol 要换算到标准状态(STP)。
Freundlich吸附等温式
Ea E a ln
0 0 Ed Ed ln
RT
ka p kd
kp
1 n
ka k kd
RT
,n
RT
Freundlich吸附等温式
Freundlich吸附等温式有两种表示形式：
Langmuir吸附等温式
②多组分吸附
当A和B两种粒子都被吸附时，A和B分子的吸附与
解吸速率分别为：
ra k1 pA (1 A B ) rd k-1 A
达吸附平衡时，ra = rd
ra k1' pB (1 A B )
' rd k 1 B
A apA 1 A B
d ra rd ka p exp dt RT
kd exp RT
上式即为叶诺维奇（Elovich）方程
乔姆金方程
达吸附平衡时，
ra rd
ka p exp RT
kd exp RT
叶诺维奇（Elovich）方程
Ea E a0 0 Q Q ( ) 0 Ed Ed E 0 p (1 ) exp
固体表面的吸附
固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚 集，以求降低表面能的趋势。 固体表面的气体或液体的浓度高于其本体 浓度的现象，称为固体的表面吸附。 广泛的应用：
干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处 理、催化剂、…
Adsorbent (吸附剂) and adsorbate (吸附质)
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力 也是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动， 通常它们是定位的。 Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400 大多数固体比液体具有更高的表面能
♦ Since the conc. is uniform throughout the material, absorption is a 'bulk phenomenon'. But adsorption is a 'surface phenomenon'.(conc. is higher in surface of adsorbent) ♦ Absorption occurs at uniform rate. Adsorption is rapid at the beginning ,but it's rate slowly decreases
• 2、在金属氧化物上CO的化学吸附 • 一氧化碳在金属氧化物上的吸附是不可逆的,一 氧化碳与金属离子是以σ 结合的 • IR:2200cm-1
• 四、烯烃的化学吸附态 在金属上烯烃的吸附态 • 烯烃在过渡金属表面既能发生缔合吸附也能发 生解离吸附。这主要取决于温度、氢的分压和 金属表面是束吸附氢等吸附条件。如乙烯在预 吸附氢的金属表面上发生σ型（如在Ni[111]面） 和π型（如在Pt[100]面两缔合吸附。
实验三活性炭吸附实验
实验三：活性炭吸附试验一、实验目的（1）通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
（2）掌握用“间歇”法、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、实验原理活性炭吸附是目前国内外应用比较多的一种水处理手段。
由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此，活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。
活性炭吸附常用来处理某些工业废水，在有些特殊情况下也用于水处理。
活性炭吸附利用活性炭固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，达到净化水质的目的。
净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个方面，活性炭的吸附作用产生于两个方面，活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是物理吸附，一是物理吸附，一是物理吸附，指的是活指的是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上；另一个是化学吸附，指活性炭与被吸附物质之间的化学作用。
活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附和解析处于动态平衡状态时，成为吸附平衡，此时，被吸附的物质的溶液中的浓度和再活性炭表面的浓度均不再变化，而此时被吸附的物质在溶液中的浓度成为平衡浓度，活性炭的吸附能力以吸附容量q 表示，即：MC C V q )(0-=式中 q ——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量（g/g ）； V ——污水体积（l ）；C 0，C ——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的质量浓度（g/l ）；M ——活性炭投加量（g ）。
在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q 与吸附平衡时的质量浓度C 之间关系曲线称为吸附等温线。
在水处理工艺中，通常用Freundlich 吸附等温线来表示活性炭吸附性能。
其数学表达式为：nC K q 1·=式中 K ——与吸附比表面积、温度有关的系数；n ——与温度有关的常数； q ，C ——同前。
K ，n 求法是通过间歇式活性炭吸附实验测得q ，c 相应之值，将上式取对数后变换为下式：c n K D q lg 1lg lg +=将q ，c 相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为n1，截距为K 。
吸附剂一般有以下特点
吸附剂一般有以下特点一、概述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、适宜的自动馏程孔结构及表面结构；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。
吸附剂可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类，如粗孔和细孔吸附剂，粉状、粒状、条状吸附剂，碳质和氧化物吸附剂，极性和非极性吸附剂等。
常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂(如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等)。
衡量吸附剂的主要指标有：对不同气体杂质的吸附容量、磨耗率、松装堆积密度、比表面积、抗压碎强度等。
用于滤除毒气，精炼石油和植物油，防止病毒和霉菌，回收天然气中的汽油溴价以及食糖和其他带色物质脱色等。
二、吸附剂的种类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。
1.硅胶是一种坚硬、无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，分子式为SiO2.nH2O，为一种亲水性的极性吸附剂。
它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到玻璃状的硅胶，它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等。
工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两种。
粗孔硅胶在相对压力变送器湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的８０％以上，而在低湿度条件下，吸附量大大低于细孔硅胶。
活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，一般都不是纯粹的Al2O3,多次开关机即可使被磁化的金属部件消磁,而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。
由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。
它对水有较强的亲和力，是一种对微量水深度干燥用的吸附剂。
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——活性炭吸附剂
目录
1.吸附的相关概念 2.活性炭吸附塔的概述及工作原理 3.活性炭对甲苯的等温吸附 ngmuir吸附理论、吸附等温式及 活性炭对甲苯的饱和吸附量 5.比表面积及孔径对吸附效率的影响 6.吸附热力学及甲苯在活性炭上的平 均吸附热
7.总结
1.1.吸附的概念
为使表面能降低，固体表面会自发地利用其未饱 和的自由价来捕获气相或液相中的分子，使之在固 体表面上浓集，这一现象称为固体对气体或液体的 吸咐。
方法简介：取一定量活性炭，装入样品管并置 于 脱气口，在250℃下抽真空脱气12 h． 然后测定不同分压p下活性炭对高纯度N2的 平衡吸附附量Va。以1/va对1/p拟合直线作 图，由直线的截距求出饱和吸附量。根据下 式：
L为阿伏伽德罗常数 （6.02x10^23） Vo为摩尔体积（22400mL/mol） As被测样品比表面积 (m2/g) Am氮分子等效最大横截面积（密排 六方理论值Am = 0.162 nm2）
Θ=
固体总得表面结
吸附速率 V吸附 K1P(1 )N
解吸速 V解吸 K1N
率
bp
动态平衡
θ=
1 bp
4.3.活性炭对甲苯的饱和吸附量
• 以langmiur等温式为基础，对３０℃时的 实验数据进行模型拟合分析，研究活性炭在 不同分压下压强与甲苯平衡吸附量之间的关 系。
• 以分压的倒数对平衡 吸附量的倒数作图， 如图６所示，实验数 据经过langmuir方程 拟合后，直线的相关 系数R2＝0.918，从直 线截距的倒数可以计 算出在该条件下活性 炭的饱和吸附量为 273.23ｍｇ／ｇ。
具有吸附能力的固体物质称为吸附剂(adsorbent) 被吸附的物质称为吸附质(adsorbate)。
按吸附剂和吸附质的本质的不同，吸附可以分 为物理吸附和化学吸附。两者的本质不相同，所以 表现出许多不同的吸附性质。具体见下表：
常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、 活性炭等。
物理吸附与化学吸附比较
分子间作 用力
Hale Waihona Puke 2.1.活性炭吸附塔的概述GHF系列活性炭吸附过滤塔一 种废气过滤吸附异味的环保设备产 品，活性炭吸附塔具有吸附效率高 、适用面广、维护方便、能同时处 理多种混合废气等优点，活性炭具 有去除甲醛、甲苯等有害气体和消 毒除臭等作用，活性炭吸附塔现广 泛用于酸洗作业、实验室排风、冶 金、化工、医药、涂装、食品、酿 造等废气处理。
有害气体分子完全进入的情况下
（过大或过小都不行）才能达到最 佳吸附效果。
如何测量活性炭比表面积及孔径？
5.1.气体吸附法测活性炭比表面
氮分子模型
氮气因其易 获得性和良 好的可逆吸 附特性，成 为最常用的 吸附质。
原理：依据气体在固体表面的
吸附 特性，在一定的压力下， 被测样品颗粒（吸附剂）表面在 超低温下对气体分子（吸附质） 具有可逆物理吸附作用，并对应 一定压力存在确定的平衡吸附量 。通过测定出该平衡吸附量，利 用理论模型来等效求出被测样品 的比表面积。由于实际颗粒外表 面的不规则性，严格来讲，该方 法测定的是吸附质分子所能到达 的颗粒外表面和内部通孔总表面 积之和，如图所示意位置。
4.1.朗缪尔单分子层吸附理论的基本 假设
(1)单分子层吸附 (2)固体表面是均匀的 (3)被吸附在固体表面上的分子之间无相互 作用力 (4)吸附平衡是一种动态平衡
4.2.朗缪尔等温式的推导
K1
A(g) M (表面) AM K 1
设θ为任一瞬间固体表面被覆盖的分数，称为覆盖率，即
已被吸附质覆盖的固体表面积
通过这种方法测定的比表 面积我们称之为“等效”比表面 积，所谓“等效”的概念是指： 样品的比表面积是通过其表面
密排包覆（吸附）的氮气分子
的量和分子最大横截面积来表 征。
测量方法的分类
比表面积测试方法有两种分类标准。一是 根据测定样品吸附气体量多少方法的不同，可 分为：连续流动法、容量法及重量法；再者是 根据计算比表面积理论方法不同可分为：直接 对比法比表面积分析测定、Langmuir法比表面 积分析测定和BET法比表面积分析测定等。
2.2.工作原理:
含尘气体由风机提供动力，正压 或负压进入活性炭吸附塔体，由于活 性炭固体表面上存在着未平衡和未饱 和的范德华力或化学健力，同时存在 物理吸附和化学吸附。因此当此固 体表面与气体接触时，就能吸引气体 分子，使其浓聚并保持在固体表面， 污染物质从而被吸附，废气经过滤器 后，进入设备排尘系统，净化气体高 空达标排放。
5.活性炭吸附效率的影响因素：
△ 比表面积 △ 孔径
比外表积 ：单位分量的吸附剂所具 有的外表积称为比外表积（㎡/g）， 比外表积越大，吸附才能越强，通 常比外表积随物质多孔性的增大而 增大。因为孔性活性炭的比外表积 可达1000㎡/g以上。 孔径：只有当活性炭的孔隙结构略
大于有害气体分子的直径，能够让
物理吸附
范德华引力
化学吸附
化学键
选择性
无选择性
有选择性
吸附稳定 性
不稳定，易解吸
稳定，不易解吸
吸附分子 层数
单分子层，多分子层
单分子层
吸附速率
较快，不需活化 能，不受温度影响
较慢，需活化 能，受温度影响
什么是活性炭？？？
• 活性炭是一种黑色粉状、粒状或丸状的 无定形具有多孔的炭。主要成份为炭， 还含有少量氧、氢、硫、氮、氯。也具 有石墨那样的精细结构，只是晶粒较小 ，层层不规则堆积。具有较大的表面积 （500～1000㎡/克）。有很强的吸附能 力，能在它的表面上吸附气体，液体或 胶态固体。对于气、液的吸附可接近于 活性炭本身的质量的。
喷漆/有机废气处理活性炭吸附塔工程平画图示
3.1.活性炭对甲苯的等温吸附
在２０ ℃ 、３０ ℃和４０℃时，测定了甲 苯在活性炭上的吸附等温线如图所示。
通过上图可以看出，在不同温度下，
甲苯在活性炭上的吸附等温线在高浓度时 呈水平或接近水平状平台，按ＩＵＰＡＣ 分类，吸附等温线均为Ⅰ型吸附等温线， 表明其孔隙结构以微孔为主。等温线的初 始部分代表活性炭负载氧化锌的微孔填充 ，在较高相对压力下平台的斜率是非微孔 表面上的多层吸附所致，甲苯的吸附容量 随着温度的升高而降低，在吸附质气体分 压很低时，吸附剂在气相中也有很高的吸 附量。