第6章_吸附分离技术与理论
第06章_吸附法净化气态污染物
<1.9
（2）硅胶
硅胶的分子式通常用SiO2·nH2O表示。由H2 SiO3溶液经 过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达800 m2/g。 工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。 硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等 有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱 水。
活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、 煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、 氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。
（4）分子筛
沸石分子筛也称为沸石，是硅铝酸金属盐的晶体， 它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是 对水有很大的亲和能力，一般比表面积可达750 m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分 离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二 甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。
氧化铝 10X分子筛
树脂
活性炭
活性炭纤维
2）分类
吸附剂可分为两大类：天然（如硅藻土、白土、天 然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化铝、 硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等）。
（1）活性炭
活性炭是最常用的非极性吸附剂。为疏水性和亲有 机物的吸附剂，具有很高的比表面积，活性炭的主 体是炭，表面上的官能团较少，极性较弱，对烃类 及衍生物的吸附能力强。
（3）通过微孔的扩散。利用气体在多孔固体中扩散速率的 差别可以将混合物分离。
（4）微孔中的凝聚。多数情况下毛细管上的可凝气体会在 小于其正常蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。因此多孔固体 周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。
2）化学吸附：是吸附质和吸附剂分子间的化学键作用所引 起的吸附，也称为“活性吸附”。
化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。 用于回收气体中的有机气体，脱除废水中的有机物， 脱除水溶液中的色素。
第六章气体膜分离ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
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分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
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气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
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描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
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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。
吸附分离的原理
吸附分离的原理
吸附分离是一种物质分离的常用方法，其原理是通过物质在吸附剂上的不同吸附性质，实现目标物的分离纯化。
吸附剂通常是一种多孔固体材料，具有大量的微观孔隙结构。
这些微孔能够提供大表面积，以增加目标物与吸附剂之间的接触面积。
吸附剂可以选择性地吸附目标物，使其他组分通过，实现目标物的分离。
不同的吸附剂对目标物的选择性吸附是基于物质间的相互作用力。
吸附分离的原理可以归结为两种主要类型：物理吸附和化学吸附。
物理吸附是指目标物与吸附剂之间的非化学吸附，主要通过范德华力、静电力和疏水作用来实现。
物理吸附的主要特点是吸附剂与目标物之间的吸附力较弱，可以通过改变温度和压力等条件来实现目标物的解吸。
化学吸附是指目标物与吸附剂之间发生化学键的吸附，吸附剂与目标物之间形成比较稳定的化学络合物。
化学吸附的主要特点是吸附力较强，不易被改变的外界条件所影响。
在吸附分离的实际应用中，通常需要考虑多种因素，包括吸附剂的选择、操作条件的优化以及吸附剂的再生等。
此外，也可以将不同类型的吸附剂进行组合，以提高分离效果。
总之，吸附分离是一种基于物质在吸附剂上的不同吸附性质实
现目标物分离纯化的方法。
通过选择适当的吸附剂和调节操作条件，可以高效地实现物质的分离纯化。
分离工程绪论
1.2.2 速率分离过程
(1) 定义
是在某种推动力（浓度差，压力差，温度差，电位差
等）的作用下，有时在选择性透过膜的作用下，利用各
组分扩散速率的差异实现组分的分离。
(2) 特征
这类过程所处理的原料和产品通常属于同一形态，仅有组 成上的差异。
(3) 典型分离单元操作
膜分离-①超滤 ②反渗透 ③渗析 ④电渗析 ⑤气体渗透分离 ⑥液膜分离 热扩散 32
（4） 萃取 精馏
气体和液 体
溶剂改变 原溶液组 分的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离甲苯
27
1.2.1 平衡分离过程
（8）共沸精馏
名称
简图
原料 相态
分离媒介
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实例
（ 8） 共沸精馏
汽、 液或 汽液 混合 物
液体共沸 剂（MSA） 和热量 （ESA）
平衡分离
均相混合物
速率分离
变成两相系统
原料与产品同一相， 仅组成不同 膜分离，超滤，反渗透， 渗析，电渗析,场分离
蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶
本课程仅讨论传质分离过程。
21
1.2.1 平衡分离过程
能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 热，功； 物质媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收剂，萃取剂。
原料：石脑油
沸程120～230 ℃
加氢重整后得到：轻油 非芳烃
苯 甲苯 二甲苯
高级芳烃 邻二甲苯 沸点℃ 144.411 间二甲苯 139.104
目的产物为 对二甲苯
对二甲苯 138.351
分离答案第六章
第六章高效薄层色谱1．薄层色谱与高效液相色谱比较有那些优点？TLC的优点：1.能同时分离多个样品2.固定相和移动相选择和变换具有较大灵活性3.不需要特殊设备、投资少，可以手工操作 4.省溶剂、省材料、省时间、经济 5.未知组分分离后可制备，用于定性 6.可以作为HPLC条件选择预实验2. 解释比移值和分离度。
(1) 比移值（Rf）：溶质移动距离与流动相移动距离之比。
R=2d/(w1+w2)3. 高效薄层色谱电眼点样方法。
点样方法(1) 定量毛细管（玻璃，铂－铱毛细管）(2)自动点样（CAMAG公司Nanomat点样器）(3)接触点样（contact spoting）第七章高效毛细管电泳和毛细管电色谱1．什么是高效毛细管电泳？及其特点（与HPLC比较）。
高效毛细管电泳是以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度或分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。
（与传统电泳技术和高效液相色谱比较）◆∙∙∙∙∙ 仪器简单，操作方便，容易实现自动化。
◆∙∙∙∙∙ 分离效率高，分析速度快。
(>105-106，3.1 min分离36种无机及有机阴离子)◆∙∙∙∙∙ 操作模式多，分析方法开发容易。
◆∙∙∙∙∙ 实验成本低，消耗少。
（1-50 nL）◆∙∙∙∙∙ 实验成本低，消耗少。
（1-50 nL）◆∙∙∙∙∙ 分离在水相介质中进行。
◆∙∙∙∙∙ 应用范围极广。
2．什么电渗流，以及电渗流产生的原因？电渗流当在含有缓冲溶液的毛细管柱两端施加高电压时，管内可迁移的被水化的离子向阴极或阳极移动，使管内液体随迁移着的离子一道移动，形成一种液流，称之为电渗流（electroosmotic flow，EOF），电渗流产生的原因：毛细管柱内表面存在硅醇基, 当pH>3时，硅醇基Si-OH离子化，所产生的SiO-负离子使毛细管壁带负电荷。
缓冲溶液中的阳离子靠静电吸附和分子扩散在固液界面形成双电层，产生电势差。
第6章_ 相平衡
相平衡热力学性质计算包括两个部分： 1、确定平衡状态； 2、计算互成平衡状态下各个相的性质
6.1 相平衡基础
相平衡准则 非均相封闭系统是由若干个均相敞开系统组成， 当系统未达到平衡状态时，各敞开系统之间进行着 物质和能量的传递；当系统达到相平衡状态时，各 敞开系统间的物质和能量的传递达到了动态平衡， 此时，任何一个相都可以认为是均相封闭系统。
在对混合物相平衡进行计算时，需将混合物的相平 衡准则与反映混合物特征的模型(状态方程+混合规则或 活度系数模型)结合起来。 Gibbs-Duhem方程反映了混合物中各组分的偏摩尔性质 的约束关系，它不仅在检验偏摩尔性质模型时非常有用， ˆ i ，ln i 等，与混合物的相 而且因某些偏摩尔性质，例如 ln 平衡紧密联系，在相平衡数据的检验和推算中也有非常重 要的应用。
6.3 中、低压下的气液平衡
6.3.1 中低压下二元气液平衡相图
混合物的汽液相图中，由于增加了组 成变量，故需要复杂一些。考察系统相 变的过程时，采用相图可直观地表示系 统的温度，压力以及个相组成的关系。 常用的有p-t图，p-x-y图，t-x-y图， y-x图。
P
如图所示，AC1，BC2是纯组分1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P
C2 C L
与2的蒸汽压的曲线C1，C2分别
为纯组分1，2的临界点，环行 曲线MLCWN表示一定组成的二元 混合物的p-t关系。MLC线是泡 点线，NWC是露点线。如果混合
T B M N A
C
C1
Z
W
物的组成改变，环行曲线的位
置，形状将会改变。
T
图6-2a 纯物质的p-t图
b 二元系统的p-t图
可见，单组分与二元系统的p-t图是不同的，差异如下表所示
吸附分离原理
吸附分离原理
吸附分离是一种常用的分离技术，其原理基于物质在固体表面上的吸附作用。
在吸附分离过程中，固体材料通常被称为吸附剂，而待分离的物质则被称为吸附质。
吸附分离的基本原理是根据物质在固体表面与周围环境的相互作用力的不同来实现分离。
吸附剂通常具有一定的活性位点或孔隙结构，可以吸附吸附质分子。
吸附剂与吸附质之间的相互作用力可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是由于吸附剂表面静电相互作用力、范德华力等引起的，通常是可逆的吸附过程。
化学吸附是由于吸附剂表面与吸附质之间发生化学反应而产生的吸附力，一般是不可逆的吸附过程。
在吸附分离过程中，吸附质在与吸附剂接触后会被吸附到吸附剂表面上，从而与其他物质分离开来。
分离的效果取决于吸附剂的选择以及吸附质与吸附剂之间的亲和力。
吸附分离技术在许多领域都有应用，包括化学工程、环境工程、生物技术等。
通过选择合适的吸附剂和调节吸附条件，可以实现对不同物质的分离纯化，提高产品的纯度和质量。
总之，吸附分离是一种基于物质在固体表面上的吸附作用实现分离的技术。
它在实际应用中具有广泛的用途，是一种有效的分离手段。
生物分离工程总复习题
生物分离工程总复习题第一章绪论复习题1.生物分离工程在生物技术中的地位？在生物技术领域，通常将生物产品的生产过程称作生物加工过程，包含优良生物物种的育种、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养等）及目标产物的拆分提纯过程，后者又称作下游加工过程。
生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性。
因此导致下游加工过程的成本往往占整个生物加工过程成本的大部分。
生物拆分工程研究的根本任务：设计和优化拆分过程，提升拆分效率，增加拆分过程步骤，延长拆分操作方式时间，达至提升海口收率与活性、降低生产成本的目的。
生物拆分工程的特点就是什么？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3.生物拆分工程可以分成几大部分，分别包含哪些单元操作方式？生物拆分过程通常分后四步：1.固-液拆分（不溶物的除去）Vergt、过滤器、细胞碎裂目的就是提升产物浓度和质量2.铀（杂质斯维恰河）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、结晶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）产物在生产过程中发生的边线（4）杂质在生产过程中发生的边线（5）主要杂质独有的物化性质就是什么？（6）相同拆分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。
5.生物分离效率有哪些评价指标？目标产品的浓缩程度――浓缩率m2．目标产物的拆分提纯程度――拆分因子或拆分系数α3．回收率rec第二章细胞分离与破碎复习题1．简述细胞破碎的意义一、细胞破碎的目的由于存有许多生化物质存有于细胞内部，必须在提纯以前将细胞碎裂，并使细胞壁和细胞膜受相同程度的毁坏（减小通透性）或碎裂，释放出来其中的目标产物，然后方可展开抽取。
生物分离工程复习纲要
生物分离工程复习纲要--裴武第一章绪论1、生物分离工程在生物技术中的地位？答：生物技术的主要目标是利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品，而分离纯化过程是生物产品工程的重要环节。
因此，生物分离工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节，在生物技术研究和产业发展中发挥着重要作用，其技术进步程度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力有至关重要的作用。
2、生物分离工程的特点是什么？答：生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反应液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程，又称为下游加工过程。
生物工程的主要特点是生物制品多种多样; 常无固定操作方法可循;生物材料组成非常复杂, 分离操作步骤多，不易获得高收率; 培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高; 分离进程必须保护化合物的生理活性; 生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏。
3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？答：生物分离工程可分为可分为不溶物的去除、产物分离、产品的纯化及产品的精制四大部分。
不溶物的去除包括过滤、离心和细胞破碎，通过这些单元操作使产物浓度和质量得到了提高。
产物分离包括离子交换吸附、萃取等。
其中萃取又分为溶剂萃取、反微团萃取、超临界流体萃取和双水相萃取等。
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。
产品的纯化包括色谱、电泳、沉淀等单元操作，这些技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。
产品的精制包括结晶及干燥等单元操作。
4、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？答：在设计下游分离过程前，通常要注意以下几个问题：1)生物材料的组成成分非常复杂，有数百种甚至更多，各种化合物的形状、大小、相对分子质量和理化性质都各不相同，有的迄今还是未知物，而且这些化合物在分离时仍在不断的代谢变化中。
分离科学与技术第6章 泡沫浮选分离法
因此，控制适当条件可以分离不同金属离子。
第二节 离子浮选分离法
三、在有机试剂溶液中的离子浮选 某些有机试剂，可作为配位剂与某些元素发生配位反 应，形成可溶的带有电荷或中性的配合物，加入适当表
面活性剂，可被离子浮选分离。
有机试剂：偶氮胂III、二苯卡巴肼、丁基黄原酸钾、
对氨基苯磺酸铵、邻二氮菲等。
第三节 沉淀浮选分离法
第一节 装置与操作
基本操作： 通过微孔玻璃砂芯/塑料筛板送入氮气/空气，使其产生 气泡流，含有待测组分的疏水性物质被吸附在气-液界面
上，随着气泡的上升，浮至溶液表面形成稳定的浮渣
（沉淀 + 泡沫）或泡沫层，从而分离出来。
第二节 离子浮选分离法
金属离子试液中加入配位剂，调节酸度，形成配离子，
再加入与配离子带相反电荷的表面活性剂，形成离子缔合
表面活性剂非极性部分链（烃链）长度增加，浮选率
增大。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 3. 离子强度 溶液中离子强度大小对泡沫分离影响很大。 离子强度增大，对浮选分离不利。可能是待测离子和 其它离子对表面活性剂产生竞争引起。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 4. 配位剂 离子浮选法选择分离金属离子时，可利用其能否与配 位剂配位及配位能力的大小来浮选分离。
荡，分层后弃去水相；加 H2SO4 洗涤有机相，分层后弃
去水相。加丙酮溶解沉淀，移入比色器测定吸光度。
第三节 沉淀浮选分离法
一、影响沉淀浮选的主要因素 1. 捕集沉淀剂 也称载体或聚集沉淀剂，需从共沉淀和浮选两个角度 进行选择。 一般选择比气泡大得多的大分子絮凝状捕集沉淀剂，
微小气泡易进入沉淀剂空隙及附着在气-液表面，从而使
第六章离子交换分离技术
第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。
阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
第六章-吸附分离PPT课件
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。
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。
吸附理论与吸附分离技术的进展_马正飞
第28卷第1期2006年1月南 京 工 业 大 学 学 报J OURNAL OF NAN JI N G UN I V ERS I T Y OF TEC HNOLOGYV o.l28N o.1Jan.2006吸附理论与吸附分离技术的进展马正飞,刘晓勤,姚虎卿,时 钧(南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009)摘 要:各种固体界面上发生的吸附现象引起了广泛的关注,基于吸附的分离过程在工业和环保等领域发挥着重要的作用。
近年来,涉及吸附现象的许多技术创新领域在不断扩展,改进现有的吸附剂,研发新型吸附剂及新用途;而研究的重点在缩小理论与实际应用的不协调,使吸附由技艺走向科学,由物理、化学、工程等多学科的交叉而形成的界面科学迅速成熟。
概述了吸附和吸附分离过程的基础,围绕上述方面体现吸附理论的研究进展和吸附实际应用之间的关系,用实例介绍在吸附与吸附分离过程方面的研究与实践。
关键词:吸附;分离;理论;技术*中图分类号:TQ028 文献标识码:A 文章编号:1671-7643(2006)01-0100-071 吸附与吸附分离技术吸附是一表面现象,在流体(气或液)与固体表面(吸附剂)相接触时,流固之间的分子作用引起流体分子(吸附质)浓缩在表面。
对一流体混合物,其中某些组分因流固作用力不同而优先得到浓缩,产生选择吸附,实现分离。
吸附分离过程依据流体中待分离组分浓度的高低可分为净化和组分分离,一般以质量浓度10%界限[1],小于此值的称为吸附净化。
吸附是自发过程,发生吸附时放出热量,它的逆过程(脱附)是吸热的,需要提供热量才能脱除吸附在表面的吸附分子。
吸附时放出热量的大小与吸附的类型有关:发生物理吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用较弱,吸附选择性不好,吸附热通常是在吸附质蒸发潜热的2～3倍范围内,吸附量随温度升高而降低;而发生化学吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用强,吸附选择性好且发生在活性位上,吸附热常大于吸附质蒸发潜热的2～3倍。
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1）组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800℃）
碳化而成的多孔网状结构
制造过程示意图
炭化 →破碎、造粒
原料
捏合成型→炭化
活化→洗涤→
→干燥→筛分
粉状碳成品 粒状碳成品
一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或 分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。
所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性炭 的孔径分布来选择合适的活性炭。
吸附类型与特性
BIoseparatIon EngIneerIng
吸 分子间力 附 剂 化学键力 表 面 静电引力
物理吸附 化学吸附 交换吸附
特征
表面能降低， 为放热反应；
吸附无选择性， 分子引力随分 子量增大而增 加；
无化学反应发 生。
BIoseparatIon EngIneerIng
实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下
吸附性能 作用力 选择性 吸附层 吸附热
吸附速度 温度
可逆性
物理吸附
分子引力（范德华力）
化学吸附
剩余化学键力
没有选择性 单分子或多分子吸附层
有选择性 只能形成单分子吸附层
较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能 放热过程，低温有利于吸附
较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
——吸附剂、吸附物
应用：广泛应用于原料脱色、
脱臭，目标产物提取、浓缩 和粗分离
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
BIoseparatIon EngIneerIng
吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、 吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附 质解吸回收等四个过程。
料液与吸 附剂混合
Step1
第六章 吸附分离技术和理论
生活中常见的吸附现象
BIoseparatIon EngIneerIng
A 冰箱除异味 B 新装修房子除异味
1 基本概念
BIoseparatIon EngIneerIng
定义：吸附是利用吸附剂对液
体或气体中某一组分具有选 择性吸附的能力，使其富集 在吸附剂表面，再用适当的 洗脱剂将其解吸达到分离纯 化的过程。液相(气相)→固相
酸性 中性吸附 碱性洗脱 （5）温度 未平衡前 随温度升高而增加
活性碳净水处理
BIoseparatIon EngIneerIng
活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除， 其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去 除一般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离 子，如：Sb, As, Bi, Cr及Sn等。活性碳的选择依处理的水別及目的 其也各不相同。
在蛋白质分离中特别重要；
③ 可直接从发酵液中分离所需
的产物，成为发酵与分离的 缺点：
耦合过程，从而可消除某些 产物对微生物的抑制作用； ④ 溶质和吸附剂之间的相互作
✓选择性差 ✓收率低
用及吸附平衡关系通常是非
✓无机吸附剂性能不稳定
线性关系，故设计比较复杂
✓不能连续操作，劳动强度大
，实验的工作量较大。
活化：把
碳渣造成发 达的多孔结 构
主要有两 种方法： （1）气体 法；
（2）药剂 法。
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2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭
吸附能力为粉末活性炭＞颗粒活性炭＞锦纶活性 炭
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量
粉末活性炭
小
大
大
大
颗粒活性炭 较小
处理流体以保证吸附剂的数量和性质； （5）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀； （6）较好的流动性以便于装卸； （7）较高的抗污染能力以延长使用寿命； （8）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应； （9）易再生； （10）价格便宜。
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BIoseparatIon EngIneerIng
较大 较小 较小
锦纶活性炭
大
小
小
小
洗脱 难 难 易
粉末活性炭
锦纶活性炭
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活性炭对物质的吸附规律
非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有 较强的吸附，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中 的吸附能力。
针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：
（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物 （2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物 （3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物 （4）pH 值的影响 碱性 中性吸附 酸性洗脱
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
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吸附法的特点：
优点：
① 常用于从稀溶液中将溶质分 离出来，由于受固体吸附剂 的限制，处理能力较小；
② 对溶质的作用较小，这一点
✓有机溶剂掺入少 ✓ 操作简便，安全，设备简单 ✓ pH变化小，适于稳定性差的物质
✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
吸附机理
BIoseparatIon EngIneerIng
固体的表面性质——固体表面分子（或原子）所处的状
态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同
界面
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 面上形成多分子层或 单分子层。
疏水或非极性吸附剂
活性炭是疏水性的物质、它最适宜从极性溶媒， 尤其是水溶液中吸附非极性物质。吸附芳香族化 合物的能力大于无环化合物。
由于活性炭作为吸附剂的选择件差。故应用抗生 素的提取和精制时，单级吸附不能使抗生素纯度 提高很多，只是用于抗生素的初步提炼，除去溶 液中的色素。
活性炭
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温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
ห้องสมุดไป่ตู้
2 吸附分离介质
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多孔型：活性炭、硅胶、 硅藻土；大网格吸附 剂：有机高分子材料， 如聚苯乙烯，聚酯。
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶，匍聚糖 凝胶等。
吸附剂通常应具备以下特征：
（1）较高的选择性以达到一定的分离要求； （2）较大的吸附容量以减小用量； （3）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附； （4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待