第5章 常用吸附剂的结构,性能和改性

压汞法（mercury penetration methods）
孔径分布测定要点 5. 数据处理
4.
五、孔径分布（pore radius distribution）
迎头色谱法
六、粒度（particle size）
筛分分析法 显微镜法
六、粒度（particle size）
沉降平衡分析法
扭力天平 2. 数据处理
1.
化学组成
七、分子筛 molecular sieve
七、分子筛 molecular sieve
结构特点
四面体结构单元 2. 环（ring） 3. β笼（β-cage）
1.
A型的晶体结构
具NaCl晶体结构 2. α -笼
1.
X型、Y型的晶体结构
八面体结构 2. 硅-铝比不同
1.
七、分子筛 molecular sieve
2.
孔径分布的测定 A. 吸附-脱附等温线 B. V-r曲线（依据脱附等温线计算较好） C. 孔径分布曲线
五、孔径分布（pore radius distribution）
压汞法（mercury penetration methods）
不润湿 2. 力平衡分析 3. 压汞仪
1.
五、孔径分布（pore radius distribution）
接触角（θ） 黏度 沉降性质
一、表面改性效果的评定
稳定性与沉降性质 2. 界面电性质与沉降性质
1.
一、表面改性效果的评定
吸附试验
硅胶 2. 活性炭 A. 非极性吸附剂 B. 含有极性含氧基团
1.
一、表面改性效果的评定
红外光谱（IR）
亲水硅胶 2. 改性硅胶
1.
一、表面改性效果的评定
差热分析（DTA）
高压水蒸气扩孔 A. 小比表面积 B. 大孔径 C. 孔数减少 2. 加盐焙烧扩孔 3. 吸附类型改变
1.
一、硅胶（silica gel）
硅胶的表面结构和性能
表面结构 A. 骨架：硅氧四面体堆积 B. 自由羟基（Ⅰ） C. 缔合羟基（Ⅱ） D. 双生羟基（Ⅲ） 2. 羟基浓度的测定 A. 失重法 B. 吸附BCl3法
大孔硅胶、 2. 粗孔硅胶、 3. B型硅胶、 4. 细孔硅胶
1.
一、硅胶（silica gel）
硅胶的制备方法
1.
2. 3.
4.
5. 6. 7.
化合：水玻璃→硅酸 胶凝：gelling 老化:脱水形成Si-O-Si键 洗涤 氨水浸泡：扩孔过程、变硬 干燥 活化
一、硅胶（silica gel）
硅胶的物理结构和吸附性能
1.
一、硅胶（silica gel）
硅胶的表面结构和性能
3.
表面性质和催化作用的关系 A. 三种羟基的含量与分布 B. Lewis酸行为 C. 质子酸的行为
A. B. C.
NH4HF2改性 硼酸、磷酸浸渍 ……
二、活性氧化铝
活性氧化铝，又名活性矾土，英文名称为Activated Alumina 或Reactive alumina;activated aluminium oxide。在催化剂中使用氧化铝的通常专称为“活性氧 化铝”。 一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积， 其微孔表面具备催化作用所要求的特性，如吸附性能、 表面活性、优良的热稳定性等，所以广泛地被用作化学 反应的催化剂和催化剂载体。 分子式(Formula)： Al2O3 ·nH2O （0<n<3） 分子量(Molecular Weight)： 101.96 + nH2O ) CAS No.： 1344-28-1
1.
原粒子大小的测定
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
硅胶（silica gel） 活性氧化铝（activated aluminum oxide） 活性炭 吸附树脂 黏土 硅藻土 分子筛
一、硅胶（silica gel）
属无定形结构，化学分子式为SiO2·xH2O 硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。
由二乙烯苯等单体，在甲苯等有机溶剂存在下，通过悬浮共 聚法制得的鱼籽样的小圆球。
影响树脂吸附的因素
物理结构 2. 化学结构
1.
四、吸附树脂 adsorption resin
应用实例
五、黏土 clay
黏土，含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通 过。一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，但是有 些成岩作用也会产生粘土。粘土是可塑性的，粒级在 0.001～0.004 mm的沉积物（或者：颗粒尺寸小于2μm 的二维层状）。 一些粘土矿物的化学式
一、表面改性效果的评定
物理结构的分析
比表面积 2. 骨架密度 3. 表观密度 4. 孔体积
1.
二、表面改性的方法与机理
无机粉体和增强材料的改性
用硅烷偶联剂处理 A. 常用试剂 B. 表面形态：3D 2. 用钛酸酯偶联剂处理 3. 用表面活性剂覆盖处理 4. 用等离子体处理
1.
二、表面改性的方法与机理
1.
六、硅藻土 diatomaceous earth
种ຫໍສະໝຸດ Baidu与化学组成
硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、 筒状、羽状等。 2. 硅藻土的氧化硅多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含量为 50~80%。非晶型SiO2加热到800~1000°C时变为晶型， 碱中可溶性硅酸可减少到20~30%。
1.
六、硅藻土 diatomaceous earth
孔结构
硅藻体具有众多的壳体孔洞，使硅藻土具多孔质构造，硅藻 土的孔隙度达90-92%，吸水性强烈，粘舌。
六、硅藻土 diatomaceous earth
热稳定性
七、分子筛 molecular sieve
具网状结构的天然或合成化学物质：
如交联葡聚糖、沸石（zeolite）等； 2. 由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥 键相连而形成分子筛，分子尺寸大小 （通常为0.3~2.0 nm）的孔道和空腔 体系，从而具有筛分分子的特性； 3. 作为层析介质时可按分子大小对混合 物进行分级分离。
第5章 常用吸附剂的结构，性能和改性
内容 §1 多孔物质物理结构的测定 §2 常见吸附剂的结构和性能 §3 固体的表面改性及其应用 目标与要求 硅胶、活性炭 理论模型：inkbottle theory
1. 2. 3. 4. 5. 6.
密度 比表面积 孔体积 平均孔半径 孔径分布 粒度
一、密度
体积的定义 密度的定义
二、活性氧化铝
制备方法
二、活性氧化铝
孔结构：
类型 2. 控制方法（多样）
1.
表面性质和吸附性能 质量指标
二、活性氧化铝
质量指标（化工部标准： HG/T 3927-2007）
三、活性炭（activated carbon）
活性炭作为人造材料，是在1900年和1901年才发明的。 发明者Raphael von Ostrejko 取得
10nm 气体或者蒸气吸附法
1.
毛细凝聚与Kelven公式 A. 吸附类型 B. 滞后圈 C. 墨水瓶理论（inkbottle theory） 与Kelven公式
五、孔径分布（pore radius distribution）
D.
滞后圈与孔结构模型
五、孔径分布（pore radius distribution）
丝光沸石（mordenite）的晶体结构
大量的五元环 2. 层状重叠
1.
七、分子筛 molecular sieve
吸附性能：晶穴内部强大的库仑力场和极性作用
吸附作用的选择性：筛分 2. 高效吸附 3. 符合Langmuir等温吸附
1.
七、分子筛 molecular sieve
分子筛的应用
吸附与分离 2. 石油化工和催化 3. 洗涤、……
1.
七、分子筛 molecular sieve
种类
天然沸石：有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等 2. 合成沸石： 3. 商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以 分类,如3A型、4A型、5A型分子筛。“硅-铝比” A. A型:钾A(3A),钠A(4A),钙A(5A), B. X型:钙X(10X),钠X(13X) C. Y型:,钠Y,钙Y
1.
三、活性炭（activated carbon）
活性炭的吸附行为
热力学分析 1. Δ S＞0？
影响活性炭吸附的主要因素
①活性炭吸附剂的性质 ②吸附质的性质 ③废水PH值 ④共存物质 ⑤温度 ⑥接触时间
四、吸附树脂 adsorption resin
吸附树脂是以吸附为特点，具有多孔立体结构的树脂吸 附剂。它是最近几年高分子领域里新发展起来的一种多 孔性树脂，容易再生，可以反复使用。 制备原理
三、活性炭（activated carbon）
活性炭的种类：种类很多，尚无精确统计，约上千品种 制备方法与理论
炭化：隔氧 2. 活化：造孔
1.
孔结构
微孔 2. 中孔 3. 大孔 甲醇作为吸附质测定孔径及其分布
1.
三、活性炭（activated carbon）
表面化学结构
碳 2. CxOy A. 酸性氧化物（up to 20%） B. 碱性氧化物（≈2%）
堆密度（packing density） 2. 颗粒密度（apparent density） 3. 骨架密度（True density）
1.
二、比表面积（specific surface area）
气体或蒸气吸附法：BET低温氮吸附法
原理 2. 注意事项 A. 吸附质分子截面积 B. 关于“B点”法
1.
合成与再生
有水热合成、水热转化和离子交换等法； 2. 脱除水分； 3. 脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。
1.
新型分子筛
ZSM-5：硅-铝比达12~100 2. 炭分子筛：由碳素组成；可由煤炭制备
1.
1. 表面改性效果的评定 2. 表面改性的方法和机理 3. 表面改性的应用
一、表面改性效果的评定
五、黏土 clay
黏土的晶体结构
五、黏土 clay
黏土的晶体结构
五、黏土 clay
物理化学性质
水化作用和分散性 2. 离子交换 3. 黏土-水体系的流变性质
1.
具有吸附作用的黏土（蒙脱土）
天然白土 2. 酸化白土
1.
六、硅藻土 diatomaceous earth
一种生物成因的硅质沉积岩：
硅藻土由无定形的SiO2组成，含有 少量Fe2O3、CaO、MgO、 Al2O3及有机杂质。优质者色白， SiO2常超过70％。 2. 显微镜下可观察到天然硅藻土的特 殊多孔性构造，这种微孔结构是硅 藻土具有特征理化性质的原因。主 要用做吸附剂、助滤剂和脱色剂等。
高聚物基体的改性
接枝改性 2. 等离子体处理改性
1.
三、表面改性的应用
眼镜防雾和雨衣防水 涂料、油漆、油墨 橡胶、塑料 ……
1.
①
Ⅱ、Ⅳ吸附类型
C.
关于“一点法”
溶液吸附法
原理 2. 吸附质：脂肪酸、染料 3. 基准吸附剂：石英粉
1.
三、孔体积（pore volume）
四氯化碳吸附法 密度法 孔隙率ε（%）
四、平均孔半径
假设：微孔→圆柱体、椎体 公式 比表面积的测定是关键
五、孔径分布（pore radius distribution）
1. 2.
3.
4.
5. 6.
高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O 石脂：Al2[(OH)4|Si2O5] * n H2O 蒙脱石：(Al,Mg)2[(OH)2|Si4O10](Na,Ca)x * n H2O 蛭石： (Mg,Ca)0,31(H2O)n{Ti0,18Al0,03Fe(III)1,09Mg1,25[Si2,80Al1,20O1 0(OH)2]} 伊利石：K0,65Al2,0Al0,65Si3,35O10(OH)2 水铝英石：Al2O3.SiO2.2,5H2O结构水化硅酸铝）
英国专利B.P.14224(1900)； 2. 英国专利B.P.18040（1900）； 3. 德国专利Ger.P.136792（1901）。
1.
活性炭是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。 活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。 活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接 之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一 种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。