第6章_吸附分离技术与理论

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
✓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。
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。
BIoseparatIon EngIneerIng
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
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
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
BIoseparatIon EngIneerIng
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
BIoseparatIon EngIneerIng
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
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。
BIoseparatIon EngIneerIng
BIoseparatIon EngIneerIng
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
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
BIoseparatIon EngIneerIng
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
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。
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
2 吸附分离介质
BIoseparatIon EngIneerIng
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