《新型分离技术》课件—08吸附分离
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. 吸附剂对吸附物易脱附，有利于重复使用，寿命长。吸附剂的寿 命与所用离子交换树脂和沸石本身的机械强度有关，此外还与操 作条件，原料和解吸剂的性质有密切关系。操作压力、操作温度 、原料中的杂质、细菌对吸附剂表面的污染、原料或脱附剂对吸 附剂的溶胀，以及化学作用都会影响吸附剂的寿命。
脱附剂的选择
脱附剂也称清洗剂，在选取合适脱附剂时，不 仅要考虑其粘度的大小对流动性的影响、其是否会 与料液或吸附剂起化学反应、对料液的溶解度大小 等，同时还需满足以下两个基本条件：
1.其选择系数应尽可能接近于1，以便脱附剂和待脱 附组分之间进行可逆的吸附交换；
2.脱附剂易与被脱附组分分离。如沸点差异较大可用 简单蒸馏分开。
•常用的脱附剂有饱和碳氢化合物的已烷、庚烷、环 已烷；芳烃的苯、甲苯、卤化物的四氯化碳、二氯甲 烷、二氯甲烷；醇类的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等。
极性溶质分子在极性固定相上的 冲洗次序
• 吸附剂有各种形状，如细粒、柱形、球形、薄片形或 粒度在50μm ～1.2cm 的粉末。吸附剂的平均孔径大致 在1.0～10.0 nm、空隙率在30～85％之间。
商用多孔吸附剂的基本特
吸附剂
表面特性
性
平均孔
空隙率
径 nm
εp
颗粒密度 g/cm3
表面积 m2/g
吸附水 蒸气
(wt)%
活性氧化铝
亲水，无定型
吸附剂的选择原则
若对某一已知混合物体系需通过吸附分离来实现其产物的提取与 纯化、或物流的净化、或毒物的去除等目的，则一般要掌握以下 二个选择原则：
1. 有尽可能大的比表面积，以增大其吸附能力；
2. 对组分有足够的选择性，以提高被分离组分的分离程度。
3. 粒度均匀、适中，分离柱中流量就分布均匀。粒度小，表面积增 加，对分离有利，但填充床压力损失随之增大，操作压力增加， 从而增加了设备投资。
空气分离、线性烷
烃分离
10A
Ca2＋
Ca43[(AlO2)86(SiO2)86]
0.80
空气分离；硫醇去
除
13A
Na＋
Na86[(AlO2)86(SiO2)86]
0.83
空气分离；硫醇去
除
活性炭吸附空气中溶剂蒸气的 吸附平衡
1.-CCl 2. 醋酸乙酯 3.苯 4.乙醚 5.乙醇 6.氯甲烷 7.丙酮
• 由溶质的分子官能基的极性大小而定，其 次序一般为: -CO2H ＞-OH＞NH-＞SH＞-CHO＞-C=O ＞-CO2R＞-OCH3＞-CH=CH-
• 对活性碳一类非极性固定相吸附剂，则次 序相反。
吸附特征及效率
优惠与非优惠吸附线
（a）优惠吸附 (b) 线性吸附 (c) 非优惠吸附 （d）S型吸附 优惠吸附等温线：溶液浓度增高，等温线的斜率减小，浓度波前沿中高浓度一端
1.0-7.5
0.4－0.5
0.9－1.25 150－320 7
硅胶： 小孔
大孔
亲水、疏水、 无定型
2.2-2.6 10.0-15.0
活性碳：小 孔
大孔
碳分子筛
疏水、无定型 疏水
1.0-2.5 ＞3.0
0.2－2.0
0.4－0.5 0.5－0.71
0.4－0.6 －
0.35－0.41
0.8－1.3 650-850
第8章
吸附、离子交换和色谱分离
—吸附、离子交换、色谱
吸附与离子交换的基本要素
吸附剂
• 大多数固体能吸附气体和液体，但没有选择性，只有 少量的物质具有选择性吸附能力。
• 对气体或液体混合物中某一组分具有选择性吸附并且 吸附能力较大的物质称为吸附剂。
• 吸附剂的一个重要特征:多孔结构，比表面很大，在 300 ～ 1200m2 之 间 。 根 据 国 际 纯 化 学 与 应 用 学 会 （ IUPAC）的孔大小的定义， 微孔小于2.0nm，介孔在 2.0～50.0nm，大孔则指大于50.0nm。
功能基团
亚氨二乙酸
聚胺（含聚乙 烯亚胺） 磷酸
氨基磷酸 硫醇
二硫代氨基甲 酸 偕胺肟
葡萄糖胺
团及其选择性
基团结构式
选择性大小次序
－N(CH2COOH)2 －（NHCH2）n NH2
Hg2＋＞Cu2＋＞UO22＋＞Pb2＋＞Fe3＋＞Al3＋＞Cr3＋＞Ni2＋ ＞Zn3＋＞Ag＋＞Co2＋＞Cd2＋＞Fe2＋＞Mn2＋＞Ba2＋＞Ca2 ＋＞Sr2＋＞Mg2＋＞Na＋
11
0.62 － 200-350
－
1.09
0.5-1.0 0.6-0.8
400-1500 1
200-700
－
0.9－1.1 400－550 －
沸石分子筛
极性-亲水
0.29-1.0
0.2-0.5
0.9－1.3 400-750
20-25
聚 合 物 吸 附 亲-疏水两性
4.0－25.0
0.4-0.55
－
剂
80-700
－
A型沸石分子筛的性质和应用
分子筛规格 3A
阳离பைடு நூலகம்子
K＋
分子筛笼孔结构的分子 式
K12[(AlO2)12(SiO2)12]
孔径 nm
0.29
典型应用实例 反应气体的干燥
4A
Na＋
Na12[(AlO2)12(SiO2)12]
0.38
水分子、CO2的去除；
空气分离
5A
Ca2＋
Ca5Na2[(AlO2)12(SiO2)12] 0.44
（20℃）
具有不同表面结构的离子 交换树脂
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(a) 普通型 (b)凝胶型 (c)大孔型 (d)膜状型 （e） 薄壳型
在吸附剂上的吸着与离子 交换机理
(a) 可塑物质对染料分子的吸着 (b) 多孔聚 合物吸着剂中的吸附 (c) 阳离子交换剂网 状结构中的离子交换
螯合型离子交换树脂功能基
＞Au2＋＞Hg2＋＞Pt2＋＞Pd2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞Zn2＋＞Cd2 ＋＞Ni2＋＞Co2＋＞Ag＋＞Mn2＋＞＞Ca2＋,Mn2＋,Na＋
－PO3H2
－NHCH2PO3H2 －SH ＞NCS2H －C(NOH)NH2
－N(CH2(CHOH)5H)CH3
Th4＋＞U4＋＞UO22＋＞Fe3＋＞Be2＋＞稀土类＞H＋＞Ag＋ ＞Cd2＋＞Zn2＋＞Cu2＋＞Ni2＋＞＞Co2＋＞Mn2＋＞Ca2＋＞ Na＋
Cu2＋＞Ca2＋＞Zn2＋≈Fe2＋＞Ni2＋＞Cd2＋＞Cr2＋ ＞Na2＋
Ag＋＞Cu2＋＞Pd2＋＞Cd2＋＞＞Zn2＋＞Ni2＋＞Fe3＋＞Ca2
＋
Hg＋, Au3＋,Ag＋, Cr6＋
Cu2＋,Ru2＋,Au2＋,Rh2＋,V2＋,Pb2＋,U2＋,Pt2,Fe3＋,Mo2＋,对 以上元素有较大选择性 Cu2＋＞Ni2＋＞Co2＋＞Zn2＋＞Mn2＋ 对BO32＋有特殊的吸附性
脱附剂的选择
脱附剂也称清洗剂，在选取合适脱附剂时，不 仅要考虑其粘度的大小对流动性的影响、其是否会 与料液或吸附剂起化学反应、对料液的溶解度大小 等，同时还需满足以下两个基本条件：
1.其选择系数应尽可能接近于1，以便脱附剂和待脱 附组分之间进行可逆的吸附交换；
2.脱附剂易与被脱附组分分离。如沸点差异较大可用 简单蒸馏分开。
•常用的脱附剂有饱和碳氢化合物的已烷、庚烷、环 已烷；芳烃的苯、甲苯、卤化物的四氯化碳、二氯甲 烷、二氯甲烷；醇类的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等。
极性溶质分子在极性固定相上的 冲洗次序
• 吸附剂有各种形状，如细粒、柱形、球形、薄片形或 粒度在50μm ～1.2cm 的粉末。吸附剂的平均孔径大致 在1.0～10.0 nm、空隙率在30～85％之间。
商用多孔吸附剂的基本特
吸附剂
表面特性
性
平均孔
空隙率
径 nm
εp
颗粒密度 g/cm3
表面积 m2/g
吸附水 蒸气
(wt)%
活性氧化铝
亲水，无定型
吸附剂的选择原则
若对某一已知混合物体系需通过吸附分离来实现其产物的提取与 纯化、或物流的净化、或毒物的去除等目的，则一般要掌握以下 二个选择原则：
1. 有尽可能大的比表面积，以增大其吸附能力；
2. 对组分有足够的选择性，以提高被分离组分的分离程度。
3. 粒度均匀、适中，分离柱中流量就分布均匀。粒度小，表面积增 加，对分离有利，但填充床压力损失随之增大，操作压力增加， 从而增加了设备投资。
空气分离、线性烷
烃分离
10A
Ca2＋
Ca43[(AlO2)86(SiO2)86]
0.80
空气分离；硫醇去
除
13A
Na＋
Na86[(AlO2)86(SiO2)86]
0.83
空气分离；硫醇去
除
活性炭吸附空气中溶剂蒸气的 吸附平衡
1.-CCl 2. 醋酸乙酯 3.苯 4.乙醚 5.乙醇 6.氯甲烷 7.丙酮
• 由溶质的分子官能基的极性大小而定，其 次序一般为: -CO2H ＞-OH＞NH-＞SH＞-CHO＞-C=O ＞-CO2R＞-OCH3＞-CH=CH-
• 对活性碳一类非极性固定相吸附剂，则次 序相反。
吸附特征及效率
优惠与非优惠吸附线
（a）优惠吸附 (b) 线性吸附 (c) 非优惠吸附 （d）S型吸附 优惠吸附等温线：溶液浓度增高，等温线的斜率减小，浓度波前沿中高浓度一端
1.0-7.5
0.4－0.5
0.9－1.25 150－320 7
硅胶： 小孔
大孔
亲水、疏水、 无定型
2.2-2.6 10.0-15.0
活性碳：小 孔
大孔
碳分子筛
疏水、无定型 疏水
1.0-2.5 ＞3.0
0.2－2.0
0.4－0.5 0.5－0.71
0.4－0.6 －
0.35－0.41
0.8－1.3 650-850
第8章
吸附、离子交换和色谱分离
—吸附、离子交换、色谱
吸附与离子交换的基本要素
吸附剂
• 大多数固体能吸附气体和液体，但没有选择性，只有 少量的物质具有选择性吸附能力。
• 对气体或液体混合物中某一组分具有选择性吸附并且 吸附能力较大的物质称为吸附剂。
• 吸附剂的一个重要特征:多孔结构，比表面很大，在 300 ～ 1200m2 之 间 。 根 据 国 际 纯 化 学 与 应 用 学 会 （ IUPAC）的孔大小的定义， 微孔小于2.0nm，介孔在 2.0～50.0nm，大孔则指大于50.0nm。
功能基团
亚氨二乙酸
聚胺（含聚乙 烯亚胺） 磷酸
氨基磷酸 硫醇
二硫代氨基甲 酸 偕胺肟
葡萄糖胺
团及其选择性
基团结构式
选择性大小次序
－N(CH2COOH)2 －（NHCH2）n NH2
Hg2＋＞Cu2＋＞UO22＋＞Pb2＋＞Fe3＋＞Al3＋＞Cr3＋＞Ni2＋ ＞Zn3＋＞Ag＋＞Co2＋＞Cd2＋＞Fe2＋＞Mn2＋＞Ba2＋＞Ca2 ＋＞Sr2＋＞Mg2＋＞Na＋
11
0.62 － 200-350
－
1.09
0.5-1.0 0.6-0.8
400-1500 1
200-700
－
0.9－1.1 400－550 －
沸石分子筛
极性-亲水
0.29-1.0
0.2-0.5
0.9－1.3 400-750
20-25
聚 合 物 吸 附 亲-疏水两性
4.0－25.0
0.4-0.55
－
剂
80-700
－
A型沸石分子筛的性质和应用
分子筛规格 3A
阳离பைடு நூலகம்子
K＋
分子筛笼孔结构的分子 式
K12[(AlO2)12(SiO2)12]
孔径 nm
0.29
典型应用实例 反应气体的干燥
4A
Na＋
Na12[(AlO2)12(SiO2)12]
0.38
水分子、CO2的去除；
空气分离
5A
Ca2＋
Ca5Na2[(AlO2)12(SiO2)12] 0.44
（20℃）
具有不同表面结构的离子 交换树脂
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(a) 普通型 (b)凝胶型 (c)大孔型 (d)膜状型 （e） 薄壳型
在吸附剂上的吸着与离子 交换机理
(a) 可塑物质对染料分子的吸着 (b) 多孔聚 合物吸着剂中的吸附 (c) 阳离子交换剂网 状结构中的离子交换
螯合型离子交换树脂功能基
＞Au2＋＞Hg2＋＞Pt2＋＞Pd2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞Zn2＋＞Cd2 ＋＞Ni2＋＞Co2＋＞Ag＋＞Mn2＋＞＞Ca2＋,Mn2＋,Na＋
－PO3H2
－NHCH2PO3H2 －SH ＞NCS2H －C(NOH)NH2
－N(CH2(CHOH)5H)CH3
Th4＋＞U4＋＞UO22＋＞Fe3＋＞Be2＋＞稀土类＞H＋＞Ag＋ ＞Cd2＋＞Zn2＋＞Cu2＋＞Ni2＋＞＞Co2＋＞Mn2＋＞Ca2＋＞ Na＋
Cu2＋＞Ca2＋＞Zn2＋≈Fe2＋＞Ni2＋＞Cd2＋＞Cr2＋ ＞Na2＋
Ag＋＞Cu2＋＞Pd2＋＞Cd2＋＞＞Zn2＋＞Ni2＋＞Fe3＋＞Ca2
＋
Hg＋, Au3＋,Ag＋, Cr6＋
Cu2＋,Ru2＋,Au2＋,Rh2＋,V2＋,Pb2＋,U2＋,Pt2,Fe3＋,Mo2＋,对 以上元素有较大选择性 Cu2＋＞Ni2＋＞Co2＋＞Zn2＋＞Mn2＋ 对BO32＋有特殊的吸附性