吸附理论 含吸附的类型及主要特点[优选资料]
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第一讲 吸附理论
知识研究
1
吸附现象
A rain – damp(吸湿)
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
知识研究
2
内容提要：
❖ 1.吸附的一般过程。
❖ 2.吸附的类型及主要特点。
❖ 3.吸附平衡理论概述。
❖ 4.吸附过程及工艺计算。
❖ 5.亲和吸附剂的选择原则。
❖ 6.离子交换树脂的分类及作用机理。
知识研究
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。
可做成毛毡状、纸片状、布料状、蜂巢状等。活性纤维的外表面积 比颗粒活性炭大，吸附和解吸速度比颗粒状活性炭大，且阻力小， 容易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。
球形炭化树脂是采用球形大孔吸附树脂为原料，经炭化、高
温裂解及活化制成的吸附剂。与其他形状活性炭相比，球形炭化树 脂不易掉屑而污染被处理物系，且可与被处理气体或液体均匀接触 ，气体和液体通过球形吸附剂床层时的阻力小。通过控制聚合条件 ，改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。
（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
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
知识研究
15
活性碳净水处理
❖ 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。
（1） 饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂 及农药等之去除
（2） 工业及产业用水之处理 （3） 家庭废水之处理及再利用 （4） 工业及产业废水之处理及再利用 （5） 垃圾渗出水处理
或离子，并在吸附表
面上形成多分子层或
单分子层。
7
吸附类型与特性
1. 物理吸附 2. 化学吸附 3. 交换吸附
极性吸附 离子交换吸附
知识研究
8
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
物理吸附
分子引力（范德华力）
没有选择性 单分子或多分子吸附层
化学吸附
剩余化学键力
有选择性 只能形成单分子吸附层
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶等。
知识研究
10
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 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；
12
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 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
知识研究
13
锦纶活性炭
活性炭纤维是用炭素纤维活化而制得的一种纤维状吸附剂，
（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。
知识研究
11
活性炭
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，应根知识据研吸究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。
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。
吸附热 吸附速度
温度 可逆性
较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能
较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
放热过程，低温有利于吸附
温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
知识研究
化学键大时，吸附不可逆
9
2 吸附分离介质
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。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
知识研究
5
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
3
1 基本概念
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
——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
知识研究
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
4
❖ 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。
炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（2～10Å）和更
窄的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N2。
知识研究
14
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：
✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
知识研究
6
吸附机理
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
知识研究
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、
知识研究
1
吸附现象
A rain – damp(吸湿)
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
知识研究
2
内容提要：
❖ 1.吸附的一般过程。
❖ 2.吸附的类型及主要特点。
❖ 3.吸附平衡理论概述。
❖ 4.吸附过程及工艺计算。
❖ 5.亲和吸附剂的选择原则。
❖ 6.离子交换树脂的分类及作用机理。
知识研究
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。
可做成毛毡状、纸片状、布料状、蜂巢状等。活性纤维的外表面积 比颗粒活性炭大，吸附和解吸速度比颗粒状活性炭大，且阻力小， 容易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。
球形炭化树脂是采用球形大孔吸附树脂为原料，经炭化、高
温裂解及活化制成的吸附剂。与其他形状活性炭相比，球形炭化树 脂不易掉屑而污染被处理物系，且可与被处理气体或液体均匀接触 ，气体和液体通过球形吸附剂床层时的阻力小。通过控制聚合条件 ，改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。
（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
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
知识研究
15
活性碳净水处理
❖ 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。
（1） 饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂 及农药等之去除
（2） 工业及产业用水之处理 （3） 家庭废水之处理及再利用 （4） 工业及产业废水之处理及再利用 （5） 垃圾渗出水处理
或离子，并在吸附表
面上形成多分子层或
单分子层。
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吸附类型与特性
1. 物理吸附 2. 化学吸附 3. 交换吸附
极性吸附 离子交换吸附
知识研究
8
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
物理吸附
分子引力（范德华力）
没有选择性 单分子或多分子吸附层
化学吸附
剩余化学键力
有选择性 只能形成单分子吸附层
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶等。
知识研究
10
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 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；
12
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 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
知识研究
13
锦纶活性炭
活性炭纤维是用炭素纤维活化而制得的一种纤维状吸附剂，
（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。
知识研究
11
活性炭
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，应根知识据研吸究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。
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。
吸附热 吸附速度
温度 可逆性
较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能
较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
放热过程，低温有利于吸附
温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
知识研究
化学键大时，吸附不可逆
9
2 吸附分离介质
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。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
知识研究
5
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
3
1 基本概念
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
——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
知识研究
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
4
❖ 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。
炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（2～10Å）和更
窄的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N2。
知识研究
14
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：
✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
知识研究
6
吸附机理
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
知识研究
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、