第三章 吸附分离技术与理论
第三章(一)大孔树脂吸附分离技术
六、大孔树脂的结构、组成、原理、类型与规格
1. 结构 大孔吸附树脂是近20余年发展起来的，它是一种新型非 离子型高分子聚合物吸附剂，一般为白色球形颗粒，粒 度为20～60目。 大孔树脂的宏观小球系由许多彼此间存在孔穴的微观小 球组成。如果把一个宏观小球比做远看的一簇葡萄，那 么每一个微观小球就相当于近看的一颗小葡萄，小葡萄 间存在孔穴的总体积与一簇葡萄体积之比，称为孔度， 小葡萄之间的距离称孔径。所有小葡萄的面积之和就是 一簇葡萄的表面积，亦即树脂的表面积。如果以单位质 量计算，将此表面积除以一簇葡萄的质量，即得比表面 积(m2／g)。
(2)使用说明书
说明书内容包括：①所用树脂性能简介、主要添加 剂种类与名称；②未聚合单体、交联剂、主要添加 剂种类与名称；③树脂安全性动物实验资料，包括 树脂及其粉碎物(XX目)、预处理前后洗脱溶剂浓缩 液等样品的规范化急性、长期毒性试验结果，或其 他能证明其安全性的资料；④使用注意事项，根据 树脂的物理化学性能及其影响吸附的因素，明确指 出新树脂的预处理、上柱吸附、洗脱、再生、贮存 等正确操作方法，及可能出现异常情况的处理方法， 以保障树脂的正常使用；⑤树脂有效使用期的参考 值；⑥生产厂家及生产许可证合法证件。
（2）固定床吸附装置
该装置实际上是一种常规的离子交换柱，常用的为 几百升至几百立方米的不锈钢或搪瓷柱，下部或上、 下部装有80目的滤网（实验室则常用玻璃柱）。 这种吸附树脂是固定的，溶液是流动的，因而被称 为动态吸附。固定床因装填的不均匀性、气泡、壁 效应或沟流的存在，吸附饱和层面的下移常是不整 齐的，即存在所谓“偏流”现象。并且当吸附过程 临近结束，部分吸附质从柱子随溶剂漏出时，柱子 底部的树脂层尚未达到吸附平衡，因而柱式吸附时 树脂的负载量可能会有些变化。
吸附分离的基本原理及应用
吸附分离的基本原理及应用1. 引言吸附分离是一种常见的分离纯化技术，基于物质在固液界面的选择性吸附行为。
它广泛应用于化学、生物、环境等领域，用于分离、纯化和浓缩目标物质。
本文将介绍吸附分离的基本原理及其在不同领域的应用。
2. 吸附分离的基本原理吸附分离是基于吸附剂与被吸附物质之间的相互作用力实现的。
吸附剂可以是固体或液体，并且具有一定的表面活性。
它能够与目标物质发生物理吸附或化学吸附，从而实现对目标物质的分离。
吸附分离的基本原理包括以下几个方面：2.1 吸附剂选择吸附剂的选择是吸附分离的关键。
吸附剂应具有以下特点：具有高比表面积、孔结构好、化学稳定性强、选择性好等。
根据不同目标物质的特性，可以选择合适的吸附剂，如活性炭、分子筛、树脂等。
2.2 吸附过程吸附过程是指目标物质与吸附剂之间的相互作用过程。
它可以分为物理吸附和化学吸附两种方式。
•物理吸附：基于范德华力、静电力等非化学相互作用力。
物理吸附一般在低温、低湿度和高压下进行，吸附热较小，吸附速度较快。
•化学吸附：基于共价键或离子键等化学键的形成。
化学吸附一般在高温、高湿度和中低压下进行，吸附热较大，吸附速度较慢。
2.3 吸附平衡吸附平衡是指吸附过程达到动态平衡的状态。
在吸附平衡状态下，吸附速率与解吸速率相等，吸附量不再发生变化。
吸附平衡的实现需要掌握合适的操作条件和实验参数。
2.4 吸附解吸吸附解吸是吸附分离的核心步骤之一。
吸附后的物质可以通过调整操作条件或者更换吸附剂来实现解吸，从而得到纯净的目标物质。
解吸过程具体步骤可以根据具体的吸附剂和目标物质特性进行调整。
3. 吸附分离的应用领域吸附分离作为一种简单、高效的分离技术，在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：3.1 化学工程在化学工程领域，吸附分离被广泛应用于化学制品的纯化、分离和浓缩。
例如，活性炭吸附可以用于去除水中的有机污染物，树脂吸附可以用于分离和纯化化学品。
3.2 生物技术生物技术领域利用吸附分离技术实现对生物大分子的分离和纯化。
吸附理论与吸附分离技术的进展
参考内容
页岩气作为一种清洁、高效的能源形式，日益受到全球。页岩气吸附与解吸 附机理的研究对提高页岩气开采效率、优化能源利用具有重要意义。本次演示将 综述页岩气吸附与解吸附机理的研究现状、基本原理及研究方法，并探讨未来研 究方向。
一、研究现状
页岩气吸附与解吸附机理的研究经历了多个阶段，研究者们提出了不同的模 型和理论。目前，广泛应用的主要有基于物理吸附的Langmuir模型和基于化学吸 附的BET模型等。然而，这些模型在解释页岩气吸附与解吸附现象时均存在一定 局限性。
大孔吸附树脂分离纯化技术的应 用
1、药物分离
大孔吸附树脂在药物分离领域具有广泛的应用，尤其在中药有效成分的提取 和分离方面独具优势。通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对中药中多糖、 黄酮、生物碱等有效成分的高效分离，为中药现代化提供了有力支持。
2、食品净化
大孔吸附树脂在食品净化领域也有着广泛的应用，主要表现在果蔬汁的除杂、 豆制品中蛋白质的提取和纯化等方面。通过树脂的吸附作用，可以去除果蔬汁中 的杂质，提高产品的品质和口感；同时，树脂还可以用于蛋白质的提取和纯化， 为食品加工提供更多优质原料。
总之，页岩气吸附与解吸附机理的研究仍有待深入探索，未来的研究方向应 注重完善模型、引入新技术、综合考虑多因素以及探索应用前景等方面，以推动 页岩气产业的可持续发展。
大孔吸附树脂分离纯化技术及其 应用
大孔吸附树脂分离纯化技术是一种具有广泛应用价值的分离技术，其原理基 于物理吸附作用，通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对混合物中各组分 的有效分离。该技术在药物分离、食品净化、环保等领域发挥着重要作用，为工 业生产和日常生活带来了诸多便利。
2、引入新技术：例如，利用先进的原位光谱技术、纳米技术等，更加深入 地研究页岩气吸附与解吸附机理，提供更加丰富和精准的数据支持。
生物分离工程 吸附分离技术与理论
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固定床吸附操作
-吸附过程
吸附塔内填充着活性炭等吸 附剂或者离子交换剂。 当料液连续输入吸附塔中， 溶质被吸附剂吸附。 从吸附塔人口开始，吸附剂 的吸附质浓度不断上升，其 饱和（最大）吸附浓度q0与入 口料液浓度c0相平衡，即当吸 附塔内溶质的吸附接近 饱和时，溶质开始从塔中流出，出口处溶质浓度升高，最后达 到入口料液浓度，即吸附达到完全饱和。
具有一定粒径和/或密度分布的吸附剂
在液体流速的分级作用下，大粒径或高密度吸附剂 分布于床层底部，而小粒径/低密度的介质分布于床 层的顶部，从而在床层内形成稳定的吸附剂的分布
磁性粒子
在外部磁场作用下，磁性粒子呈现稳定的膨胀状态。 但其设备复杂，电磁场产生大量的热，磁性粒子稳 定性差
膨胀床吸附操作-膨胀床结构
常用的吸附剂
活性炭，硅胶，金附性能的参数
比表面积、孔径
活 性 炭
活性炭种类 粉末活性炭 颗粒活性炭 颗粒大小 小 较小 表面积 大 较大 吸附力 吸附量 大 较小 大 较小 洗脱 难 难
锦纶活性炭
大
小
小
小
易
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，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，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
固定床吸附操作
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。
吸附分离的原理及应用
吸附分离的原理及应用1. 引言吸附分离是一种常见的分离技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
它通过利用物质在不同固定相表面的吸附特性，实现物质的分离和纯化。
本文将介绍吸附分离的基本原理和一些常见的应用场景。
2. 吸附分离的基本原理吸附分离的基本原理是物质在不同固体表面的吸附行为。
当物质与固体表面接触时，会发生吸附过程，物质分子与固体表面发生相互作用，并在固体表面上停留。
吸附的方式有物理吸附和化学吸附两种。
2.1 物理吸附物理吸附主要是通过分子之间的吸引力实现的，吸附过程是可逆的。
吸附分离中常见的物理吸附剂有活性炭、分子筛等。
物理吸附的特点是吸附剂与被吸附物之间没有化学反应，吸附过程不会改变被吸附物的化学性质。
2.2 化学吸附化学吸附是指吸附剂与被吸附物之间发生化学反应，形成化学键，吸附过程是不可逆的。
化学吸附通常需要一定的温度和压力条件。
吸附分离中常见的化学吸附剂有活性氧化铝、硅胶等。
3. 吸附分离的应用3.1 应用于化学工业吸附分离在化学工业中有着广泛的应用。
例如，在炼油厂中，吸附剂可以用来去除石蜡和油脂中的杂质；在化学品生产过程中，吸附分离可以用来分离和纯化化学品。
3.2 应用于生物技术吸附分离在生物技术领域也有广泛的应用。
例如，在蛋白质纯化过程中，吸附剂可以用来分离目标蛋白质和杂质；在基因工程中，吸附分离可以用来分离目标基因或病毒。
3.3 应用于环境保护吸附分离在环境保护领域起到重要的作用。
例如，在水处理过程中，吸附剂可以用于去除水中的有机物和重金属离子；在大气污染治理中，吸附分离可以用来去除废气中的有害气体。
4. 吸附分离的优缺点4.1 优点•分离效果好，可以实现高纯度的分离结果。
•操作简单，设备相对较小。
•适用范围广，可用于分离不同性质的物质。
4.2 缺点•吸附分离过程需要花费一定的时间。
•需要一定的操作技能和经验。
•需要使用吸附剂，造成一定的环境污染。
5. 结论吸附分离作为一种常见的分离技术，已经在化学、生物、环境等领域得到了广泛应用。
吸附分离技术
炭质吸附剂
化学吸附
离子交换剂 螯合剂
阳离子交换剂 阴离子交换剂 两性离子交换剂
物理吸附
可再生高分子试剂和催化剂 非极性吸附剂 中极性吸附剂 极性吸附剂
亲和吸附
免疫吸附剂 仿生吸附剂
按形态和孔结构分类
球型树脂（大孔、凝胶、大网） 离子交换纤维与吸附性纤维 无定型颗粒吸附剂
活性炭
炭质吸附剂
碳纤维
按
碳化树脂
概述
吸附的定义、分类、常用吸附剂 和制法、吸附剂的性能要求
本
吸附热力学、吸附动力学、吸附
讲
吸附的基本理论
作用力、影响吸附的因素、吸附
主
剂的再生
要
间歇吸附、固定床吸附、连续
内
吸附工艺
式吸附、脱附设备
容
活性炭吸附在环境保护中的应
吸附法在环保中应用
用、树脂吸附在环境保护中的 应用、其它吸附剂在环境保护
中的应用
炭化树脂与活性炭纤维的缺点是成本较高，只能用 于高附加值 产业。
(1) 活性炭
与其它吸附剂相比，活性炭具有巨大的比表面积， 通常可达500-1700m2/g，因而形成强大的吸 附能力。微孔的容积约为0.15-0.9mL/g，比表 面积占活性炭总比表面积的95%以上。过渡孔 的容积通常为0.02-0.1mL/g，比表面积一般不 超过总比表面积的5%；大孔的容积为0.20.5mL/g。
吸附树脂与离子交换树脂：
吸附树脂和离子交换树脂都是具有多孔性海绵状 立体网状结构的小颗粒，在整个颗粒内部及外部都 具有表面活性，不溶于一般的酸、碱和溶剂，为不 溶不熔的热固性物质，可在150℃以下使用，它们 都能与外界物质进行可逆的吸附－解吸或离子交换 而达到化学平衡。
1 吸附分离技术和理论.
1 吸附分离技术和理论4 吸附概述吸附法(adsorption method)：利用吸附剂对活性物质和杂质间吸附能力的差异，将样品中的生物活性物质或杂质吸附于适当的吸附剂上，达到浓缩和提纯目的的方法。
5 典型的吸附过程包括四个步骤：6 吸附法特点优点：(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。
(2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，较少引起生物活性物质的变性失活。
缺点：(1) 选择性差，收率不高。
(2)一些无机吸附剂性能不稳定7常用的吸附剂大网格树脂聚合物吸附剂活性碳：助滤，脱色，去热原氧化铝硅胶羟基磷灰石（磷酸钙））沸石分子筛 8吸附法的发展吸附法在各种层析技术中应用最早一战期间发展起来的活性炭吸附后来使用的凝胶型离子交换树脂、分子筛和纤维素等近些年发展的大网格吸附剂 9吸附的基本原理10吸附法基本原理界面上的分子同时受到不相等的两相分子的作用力，界面分子的力场不饱和，即存在一种固体的表面力，能从外界吸附分子、原子或离子，并在吸附剂表面附近形成多分子层或单分子层。
12吸附作用力:定向力,诱导力,色散力定向力:极性分子间产生的作用力,分子极性越大,定向力越大,与热力学温度成反比. 诱导力:极性分子和非极性分子之间的吸引力,与温度无关. 色散力:非极性分子之间的引力,随最外层电子数增多而增加,不取决于温度.13吸附作用：物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附作用吸附剂：在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为吸附剂吸附物：被吸附的物质称为吸附物。
14 吸附的类型（1）物理吸附: 放热，可逆，单分子层或多分子层，选择性差（2）化学吸附: 放热量大，单分子，选择性（3）交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中正吸附：吸有效成分负吸附：吸杂质 15物理吸附与化学吸附的特点16发酵工业常用的吸附剂可分为:疏水或非极性吸附剂:从极性溶媒(如水)内吸附溶质,典型吸附剂是活性炭.亲水或极性吸附剂:适用于非极性或极性较小的溶媒,如硅胶,氧化铝,活性土等.离子交换树脂吸附剂:属于极性吸附剂,因为是两性化合物,具有离子交换剂的性质.17影响吸附的因素 1.吸附剂的特性吸附容量（吸附剂表面积越大，吸附量越多比表面积：每克吸附剂所具有的表面积粉碎、粉末吸附剂人工集合活化可增加吸附剂的吸附容量活化：通过处理使其表面具有一定的吸附特性或增加表面积吸附速度：颗粒度、孔径机械强度（使用寿命）18 2.吸附物的性质（1）能使表面张力降低的物质易为表面吸附（2）极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质（3）溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少。
化工吸附分离技术PPT
在不同温度条件下进行吸附， 常用于分离沸点相近的组分。
吸附分离技术的应用领域
气体分离
液体分离
利用不同的气体在固体吸附剂上的吸附量 不同，实现气体混合物的分离。如工业尾 气的脱硫、脱硝处理。
利用不同的液体在固体吸附剂上的吸附量 不同，实现液体混合物的分离。如废水处 理、有机溶剂脱水等。
金属离子分离
有机物分离
利用固体吸附剂对金属离子的选择性吸附 作用，实现金属离子的分离和纯化。如海 水提铀、工业废水处理等。
利用固体吸附剂对有机物的吸附作用，实 现有机物的分离和纯化。如天然气的脱硫 、芳烃的分离等。
02
化工吸附分离技术分类
物理吸附分离技术
总结词
利用物理作用力进行吸附和分离的技术。
详细描述
物理吸附分离技术主要利用物质之间的范德华力或毛细管作用力进行吸附和分 离。常见的物理吸附剂包括活性炭、硅胶、分子筛等。该技术适用于气体和液 体的吸附和分离，具有操作简便、能耗低等优点。
开发高效吸附设备
研究新型吸附塔、过滤器等设备，提高设备效率 和降低能耗。
再生与循环利用
对吸附剂进行再生和循环利用，降低生产成本和 资源消耗。
环保法规与安全问题
严格环保标准
随着环保法规的日益严格，化工吸附分离技术需要更加注重环保 和节能。
安全性能评估
对新型吸附剂和技术进行安全性能评估，确保生产过程中的安全 可靠。
化工吸附分离技术
• 吸附分离技术概述 • 化工吸附分离技术分类 • 化工吸附分离技术应用实例 • 化工吸附分离技术的发展趋势与挑战 • 结论
01
吸附分离技术概述
吸附分离技术的定义
吸附分离技术
利用固体吸附剂的吸附作用，将混合物中的一种或多种组分吸附 在固体表面，从而实现混合物中不同组分间的分离。
6 吸附分离技术和理论基础.
• ６.６.２ 移动床和模拟移动床吸附 • 如果像气体吸收操作的液相那样，吸附操作中固相可连续 输入和排出吸附塔，与料液形成逆流接触流动，可实现连 续稳态的吸附操作。这种操作法称为移动床吸附。
• ６.６.３ 搅拌釜吸附 • 搅拌釜吸附即有限池吸附，是最基本的吸附操作方式。
6.2 吸附平衡
• ６.２.１ 吸附等温线 • 吸附是一种平衡分离方法，即根据不同溶质在液固两相间 分配平衡的差别实现分离。因此，溶质的吸附平衡行为既 是评价吸附剂性能的重要指标，也是吸附过程分析和设计 的理论基础。
• ６.２.２ 离子交换的计量置换模型 • ①系统为理想体系，各组分的活度系数为１。 • ②吸附剂表面均一，孔道形状和尺寸均匀，且孔道直径足 够大，对溶质无尺寸排阻效应。
• ③对于蛋白质类生物大分子，与溶质分子结合的伴离子分 成两类：当溶质在离子交换剂表面吸附时，第一类伴离子 从溶质上释放出来，而第二类伴离子始终与溶质分子相结 合。
• ④用特征电荷ｚ描述具有多点结合特性的蛋白质与离子交 换剂结合位点的数量。
• ６.２.２.１ 线性吸附平衡的分配系数 • 在没有待分离的溶质存在时，离子交换剂表面的离子基团 或可离子化的基团Ｒ（Ｒ＋或Ｒ－）一直被其反离子（ｃ ｏｕｎｔｅｒｉｏｎ）覆盖，液相中的反离子浓度为常数 。溶质与反离子带有相同的电荷，溶质的吸附是基于其与 离子交换基间相反电荷的静电引力。生物分离工程6 吸附分离技术和理论基础
• 吸附是溶质从液相或气相转移到固相的现象。利用固体吸 附的原理从液体或气体中除去有害成分或分离回收有用目 标产物的过程称为吸附操作。吸附操作所使用的固体材料 一般为多孔微粒或多孔膜，具有很大的比表面积，称为吸 附剂或吸附介质。吸附剂对溶质的吸附作用按吸附作用力 区分主要有三类，即物理吸附、化学吸附和离子交换。 • 物理吸附基于吸附剂与溶质之间的分子间力，即范德华力
吸附分离的基本原理及应用
生产规模设备
HIPERSEP 1600
D=1600 mm L=4000 mm 35 bar 60 °C 3,500 kg silica 14,000 L/h 40,000 kg/year
Examples of application : Cyclosporine
F2 E2 Ex2 R2
Recycle Pump
R7
Flowmeter
6
5
4
3
2
1
6-port valve
F5 E5 Ex5 R5
F3 E3 Ex3 R3
F1 E1 Ex1 R1
SMB :多种分离的最佳方法
Numerous examples.
Sugars
Organic molecules Peptides & proteins
间歇色谱 vs SMB
分批过程
连续，高产率
高纯度时，回收率低 高纯度时，回收率高(～100％)
流动相消耗大
流动相消耗 少，90％用于循环
间歇色谱 vs SMB
多组分的分离
2 (3) 组分的分离 或
混合物中一种物质的分离
可以切割收集 等度和 梯度洗脱 非最佳吸附剂量的装填
不能切割收集 等度 (特殊梯度) 最佳吸附剂量的装填
SMB : 实际结构
F9 E9 Ex9 R9
F11 E11 Ex11 R11
7
8
9
10
11
12
Valve "Detect"
F7
Pressure sensor
吸附分离技术
（3）溶液的pH值 由于溶液的pH值直接决定树脂交换基团及交 换离子的解离程度，进而影响树脂对交换的选择 性和吸附容量。对于强酸、强碱性树脂，溶液pH 主要左右交换离子的解离度，决定它带何种电荷 以及电荷量，决定被树脂吸附或吸附的强弱。对 于弱酸、弱碱性树脂，溶液的pH还是影响树脂解 离程度和吸附能力的重要因素。但过强的交换能 力有时会影响到交换的选择性，同时增加洗脱难 度。
应用： 用于分离蛋白质、酶等大分子的生物活性物 质。 缺点： （1）强度较差，流速低； （2）强酸、强碱容易破坏天然多糖的结构； （3）易污染，易被微生物降解。
离子交换剂的类型
强阳 弱阳 强阴 弱阴
阳离子交换剂 离子交换剂 阴离子交换剂
阳离子交换剂
能与阳离子进行交换的离子交换剂。
强阳（强酸性）离子交换剂 活性基团是磺酸基团（-SO3H）或次甲基磺酸 基团-(CH2)2SO3H。都是强酸性基团，其电离程度 大且不受溶液pH的影响，当pH值在1-14范围内时， 均能进行离子交换反应。
顺序号 骨架代号 分类代号 大孔型代号
1 ~ 100 为强酸性阳离子交换树脂 101 ~ 200为弱酸性阳离子交换树脂 201 ~ 300为强碱性阴离子交换树脂 301 ~ 400为弱碱性阴离子交换树脂
如：001 7是凝胶型苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂，交联度7%； D201是大孔型苯乙烯系季胺 I 型强碱性阴离子交换树脂
中和： R-N+(CH3)3OH- + H+ClR-N+(CH3)3Cl- + H2O 中性盐分解： R-N+(CH3)3OH- + Na+ClR-N+(CH3)3Cl- + Na+OH复分解： R-N+(CH3)3Cl- + Na2SO42R[N+(CH3)3]2SO42- + 2Na+Cl主要用于制备无盐水（除去SiO2-、CO32-等弱 酸根）及卡那霉素、巴龙霉素、新霉素等的精制。
吸附分离技术与理论
未来发展趋势预测及建议
绿色化发展
多功能化趋势
开发环保型吸附剂和绿色溶剂，减少对环 境的影响。
研发具有多种功能的吸附剂，如同时实现 分离和催化等。
跨学科融合
强化产学研合作
加强与其他学科的交叉融合，如材料科学 、化学工程等，推动吸附分离技术的创新 发展。
加强产学研合作，促进科研成果的转化和 应用，推动吸附分离技术的工业化进程。
物理结构改性
通过改变吸附剂的孔结构、比表面积和孔容等物理性质，来提高吸 附容量和选择性。
复合改性
将两种或多种改性方法结合使用，以综合提高吸附剂的吸附性能和 选择性。
提高吸附剂选择性和效率策略
优化吸附条件
通过调整温度、压力、浓度等吸 附条件，来提高吸附剂对目标物 质的选择性和吸附效率。
引入竞争吸附
在吸附过程中引入与目标物质性 质相似的竞争物质，以提高吸附 剂对目标物质的选择性。
吸附速率常数
反映吸附速率快慢的常数， 与吸附剂的性质、温度等 因素有关。
吸附活化能
表示吸附过程中需要克服 的能垒，与吸附剂和吸附 质之间的相互作用力有关。
影响吸附平衡和动力学因素
温度
温度对吸附平衡和动力学有显著影响， 一般来说，温度升高有利于物理吸附， 降低有利于化学吸附。
压力
对于气体吸附，压力增加有利于吸附 量的增加；对于液体吸附，压力影响 较小。
吸附剂性质
吸附剂的孔径、比表面积、孔容等性 质对吸附平衡和动力学有重要影响。
吸附质性质
吸附质的分子大小、极性、沸点等性 质也会影响其在吸附剂上的吸附行为。
03
吸附剂选择与改性方法
常见吸附剂类型及性能比较
活性炭
具有高比表面积和孔容，适用于吸附非 极性和弱极性物质，如有机溶剂和某些
第三节 吸附分离法
物质从流动性（气或液相）浓缩到固体表面从而 达到分离的过程 ．在表面上能发生吸附作用的固体 称为吸附剂；将被吸附的物质称为吸附物。 吸附过程通常包括： 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。
第三节 吸附分离法
４ 吸附类型及其主要特点 （1）物理吸附 吸附作用力为分子间引力、 物理吸附： 物理吸附 无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单 层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常 较快。 （2）化学吸附 化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需 化学吸附 要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性 强、吸附和解吸附速度较慢。
二
常用的吸附剂
2 人造沸石 人造沸石是一种人工合成的无机阳离子交换 剂。用于细胞色素C的分离。 3 磷酸钙凝胶 在蛋白质的分离、精制中，较为常用的吸附 剂为磷酸钙凝胶。（羟基磷灰石）活性部位 为钙离子。
二
常用的吸附剂
4 白陶土 白陶土：天然主要成分为含水的硅酸 铝，经处理后具有大量微孔和表面积， 能吸附大量有机杂质． 5 氢氧化铝凝胶 用于蛋白质及酶的分离。
二
常用的吸附剂
6 氧化铝 活性氧化铝是最常用的一种吸附剂， 特别适于亲脂性成分的分离，广泛地用 于在醇，酚，生物碱，染料，甾体化合 物，苷类，氨基酸，蛋白质以及维生素 等物质的分离
二
常用的吸附剂
7 硅胶 多孔性网状结构，活性强弱与结合水多 少相关，最常用于芳香油，固醇类，生 物碱，磷脂类及氨基酸等吸附分离． ８滑石粉：吸附能力弱及惰性，常用于助 滑石粉 滤剂和处理稀溶液，有效成分损失少． ９硅藻土 惰性 助滤剂
三 影响吸附的因素
1、吸附剂的性质 吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、 吸附剂的性质 极性…以及孔径大小． 2、吸附物质本身性质 吸附物质本身性质：溶解度，极性， 吸附物质本身性质 相对分子量，吸附剂与溶剂形成氢键等．
第三章-吸附分离技术与理论
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
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
❖ 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。
❖ 平均孔径、及其分布，孔隙率
测量方法：常用测定方法有压汞法和氮气解吸法
压汞法
压汞法适用于测定大孔径（>100Å）吸附剂的孔径分布； 氮气解吸法适用于孔径为15～250Å范围内的孔径分布； 孔径<15Å时，可用分子筛法测定
吸附剂的孔径及分布可采用水银压入法，利用汞孔度计测定。当压力 升高时，水银可进入到细孔中，压力p与孔径d的关系为
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。
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
一 般 采 用 B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller) 法 ： 在 液 氮 温 度 下 (-196°C) ， 用吸附剂吸附氮气，在吸附剂表面形成单分子吸附层，测定氮气的吸附体 积vm(cm3/g)，计算比表面积a(cm2/g):
N-阿弗加德罗常数， s-被吸附分子的横截面积，在-196℃ 氮气分子的s = 1.6210-15 cm2。
吸附分离技术和理论-feng
磺酸基 羧甲基 三甲氨基 （季铵盐） 二乙氨基乙基 （DEAE) （伯、仲、叔胺）
—SO3—COO—N+(CH)3
吸附与离子交换树脂
D001 D152 201×4 307 X-5 AB-8 SP207 Amberlite IR 120 Na Amberlite IRA 958C1
离子交换树脂的命名
强碱性苯乙烯系阴 + (a)≥3.8 201×4 -N (CH3)3 离子交换树脂 (b)≥1.10 201×7 202×7 201×8 强碱性苯乙烯系阴 + (a)≥3.6 -N (CH3)3 离子交换树脂 (b)≥1.4 强碱性苯乙烯系阴 + (a)≥3.5 -N (CH3)3 离子交换树脂 (b)≥1.3 强碱性苯乙烯系阴 + (a)≥3.4 -N (CH3)3 离子交换树脂 (b)≥1.4 大孔强碱性苯乙烯 系阴离子交换树脂 大孔强碱性苯乙烯 系阴离子交换树脂 大孔强碱性苯乙烯 系阴离子交换树脂 大孔强碱性苯乙烯 系阴离子交换树脂 大孔强碱性苯乙烯 系阴离子交换树脂 大孔强碱性II型苯 乙烯系阴离子交换 树脂 (a)≥3.3 (b)≥0.8 (a)≥3.6 -N+(CH3)3 (b)≥1.1 (a)≥3.7 -N+(CH3)3 (b)≥1.1 (a)≥3.6 -N+(CH3)3 (b)≥1.1 (a)≥3.0 ** (b)≥0.8
水处理、高速混床等。 水处理、高速混床等。 电影胶片洗印三废治理，有机催化化 去杂质等。 有机物的精制糖的脱盐脱色等。 纯水制备。
***
(a)≥3.4 (b)≥1.33
弱 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂
牌号 D301R 产品名称
Weakly Basic Anion Exchanger-Primary Secondary and Tertiary Amine Functionality
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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
（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
活性碳的再生
再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，
从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。
（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； （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。
（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
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。
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。
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
吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
❖ 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。
1）加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用高温再生。 2）脱水（活性炭与液体分离）－干燥（100－150度）－炭化（300－
700 度）－活化（用蒸汽）－冷却 3）药剂再生法：酸碱、有机溶剂 4）化学氧化法：湿式氧化、臭氧 5）生物再生法：利用微生物作用
活性氧化铝（Al2O3·nH2O）
是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。 通过控制氢氧化铝晶粒尺寸和堆积配位数可以控制氧化铝的孔容、孔 径和表面积。 由铝土矿加热脱水可制成天然活性氧化铝。氧化铝按品型可分为α、 γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8种。通常所说的“活性氧化铝”是 指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化铝的混和物。 活性氧化铝具有相当大的比表面积（200～400m2/g），且机械强度高 ，物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。 活性氧化铝表面的活性中心是羟基和路易斯酸中心，极性强，对水有 很强的亲和作用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的水，也常用作色 谱柱填充材料。
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。
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
粉末活性炭
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，
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。
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
Hale Waihona Puke 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。
✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
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
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。
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。
炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（2～10Å）和更
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
实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下
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。
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：
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
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
第三章 吸附分离技术和理论
吸附现象
A rain – damp(吸湿)
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
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。
1 基本概念