环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答5吸附

第五章 吸 附

1、固体表面吸附力有哪些，常用的吸附剂有哪些，主要特性是什么，各有什么应用？ 答：吸附剂与吸附质间的吸附力有分子引力和化学键引力。分子引力，吸附力较弱，所以也称范德华吸附。化学键引力比分子引力大得多。吸附过程分可逆和不可逆。

常见的吸附剂有活性炭吸附剂、硅胶吸附剂、活性氧化铝、沸石分子筛、有机树脂吸附剂等。

2、吸附平衡是如何定义的，平衡吸附量如何计算？

答：吸附平衡是指在一定温度和压力下，吸附剂与吸附质有足够接触时间，吸附量与解吸量相等，载体中吸附质的浓度不再发生变化时，吸附即达到了动态平衡。

3、吸附等温线的物理意义是什么，温度、吸附质分压对吸附是如何影响的？

答：气相吸附过程中，操作温度、压力等均有影响，所以吸附平衡关系可以用不同的方法表示，通常用于等温条件下单位质量吸附剂的吸附容量与气相中吸附质分压的关系来表示，即q*＝f(p)，表示吸附容量与气相中吸附质分压的关系曲线称为吸附等温线。

一般，同一平衡分压下，平衡吸附量随着温度升高而降低。一定温度下，平衡吸附量随气体压力的升高而增加，所以吸附-解吸循环操作方式通常是低温吸附，高温解吸；高压吸附，低压解吸。

4、Langmuir 方程的基本假设是什么，方程的形式和适用范围，方程式中的常数如何求解？ 答：假设：① 吸附剂表面是单分子层吸附；

② 被吸附的分子之间没有相互作用力；

③ 吸附剂表面是均匀的。

也可写为m

m kq q p q p 1*+= 对于一定的吸附剂，其吸附容量是一定的，即q m 一定。若以p/q*为纵坐标，p 为横坐标作*m 1k q p q kp =+

图，可得一直线，该直线斜率为1/q m 。

5、BET 方程的物理意义是什么？

答：BET 吸附模型是在Langmuir 方程模型的基础上建立起来的，BET 方程是等温多分子层的吸附模型，其假设条件为：

① 吸附剂表面为多分子层吸附，吸附分子在吸附剂上按层次排列；

② 被吸附分子间没有相互作用力，每层的吸附服从朗格缪尔吸附模型；

③ 第一层的吸附释放的热量为物理吸附热，第二层以上吸附释放的热量为液化热； ④ 总吸附量为各层吸附量的总和。

6、如何评价不同吸附剂对污染物的吸附性能？

答：评价不同吸附剂对污染物的吸附性能主要从三个方面进行考察：

(1) 不同吸附剂对污染物的吸附量

(2) 不同吸附剂的动力学特性

(3) 不同吸附剂的热力学特性

7、液相吸附和气相吸附相比有何特点？简要说明液体吸附的吸附等温式形式和适用范围。 答：液相吸附的机理比气相吸附复杂，溶剂的种类对溶质（吸附质）的吸附也有影响。因此溶质在不同的溶剂中，分子大小不同，吸附剂对溶剂也有一定的吸附作用，不同的溶剂，吸附剂对溶剂的吸附量是不同的，这种吸附必然影响吸附剂对溶质的吸附量。

Freundlieh 吸附等温方程：

8、常见的吸附分离设备和操作方式有哪些？

答：

(1)固定床吸附设备

(2)移动床吸附装置

(3)接触过滤式装置

9、固定吸附床有什么特点？它能用于水的深度处理吗？ ()

1*n c k q =

答：工业上应用最多的吸附设备是固定床吸附装置，固定床吸附装置是吸附剂堆积在支撑部件上，形成固定床，流体流过吸附剂，流体中的吸附质被吸附。固定床吸附装置优点是结构简单、造价低；吸附剂磨损小；操作方便灵活；物料返混小；分离效率高，回收效果好。其缺点是两个吸附器需不断地周期性切换；备用设备处于非生产状态，单位吸附剂生产能力低；传热性能较差，床层传热不均匀；当吸附颗粒较小时，流体通过床层的压降较大。

固定床吸附装置不能用于水的深度处理，必需借助其他的单元操作进行。

10、固定床吸附中，床层可以分为几个区域，各区域的特点是什么？

饱和区：无吸附能力，吸附位点占满

吸附区：吸附能力介于0和100%之间，

空白区：无吸附物质

11、简述固定床吸附从开始到完全失去吸附能力的变化过程。

答：吸附开始时，塔上部的吸附剂很快就能把容易里的吸附质几乎全部吸附，而塔下部的吸附剂是没有吸附质，这时出吸附塔的液体中吸附质的浓度为零，随着吸附过程的进行，塔上部的吸附剂最先达到饱和，随时间的推移，塔内饱和吸附剂的高度慢慢增大，塔的有效吸附高度逐渐降低，塔出口液体中吸附质的浓度也在增大，当塔的有效吸附高度降至一定高度时，出口流体中吸附质浓度高于最高允许值时，则吸附剂需要再生。

12、画出固定床吸附的穿透曲线示意图，并在图中标出穿透点、终点、剩余吸附量和饱和吸附量。

13、固定床吸附过程的穿透时间如何计算？

答： τ0b 00q b 1ln 1q H c c u c K c τ⎛⎫=

-- ⎪⎝⎭

b BH A

τ=-

14、说明移动床的特点，以及吸附分离提纯的工作原理？

答：移动床吸附操作是指待处理流体与吸附质均在塔内流动，在流动过程中吸附剂与流体混合，完成吸附，吸附了吸附质的吸附剂在塔的下部进行解吸再生，同时回收吸附质。移动床吸附操作的特点是：连续操作；吸附－再生过程在同一塔内完成，设备投资费用较小；在移动床吸附段，流体或固体可以连续而均匀地流动，稳定地输入和输出，同时能使流体和固体有良好接触，不致发生局部不均匀的现象。

15、动态吸附量和静态吸附量有何差别，受哪些主要因素的影响？

答：静态吸附量大，充分接触，吸附量的极限。动态吸附量相对小，吸附剂和吸附质之间接触不是完全充分，但由于受到流动的原因，设计计算采用动态的吸附量为基准。传质速度和流速的影响较大。

16、如何实现离子交换的，其吸附结合力是什么力？

答：离子交换法是一种特殊的吸附过程，是通过离子置换将待去除的离子以化学键方式固定在吸附剂上，进行阴、阳两种离子交换。

17、简述离子交换剂的分类。

答：离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂；人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。其中碳质类如磺化煤等；合成树脂类分阳离子型——如强酸性和弱酸性树脂；阳离子型——如强碱性和弱碱性树脂、两性树脂和螯合树脂等类。

18、为什么不同的吸附剂要用不同的解吸方法再生？

答：吸附剂和吸附质之间结合的方式不同，解吸的方法依据结合方式不同而有所变化。

19、固定床离子交换器每个周期有哪些操作？为什么要进行反冲洗？

答：每个周期有离子交换、反冲洗、再生、清洗。反冲洗的目的在于松动树脂层，使再生时