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环境工程原理吸附 本讲稿第一页，共二十二页第一节 概述第二节 吸附平衡第三节 吸附速率第四节 吸附操作及计算本章主要内容本讲稿第二页，共二十二页一：吸附操作-利用多孔固体物质选择性的吸附流体中的一种或多种组分，从而使流体混合物得以分离的方法。被吸附到固体表面的组分称为吸附质称为吸附质用于吸附的多孔固体物质称为吸附剂称为吸附剂吸附质附着到吸附剂表面的过程吸附吸附吸附质从吸附剂表面脱离的过程解吸或脱附解吸或脱附吸附过程发生在“气固气固”或“液固液固”非均相界面 吸收质的传递方向：第一节 吸附分离操作的基本概念本讲稿第三页，共二十二页吸附操作-利用多孔固体物质选择性的吸附流体 中的一种或多种组分 ，从而使流体混合物得以分离的方法吸附吸附-吸附质附着到吸附剂表面的过程本讲稿第四页，共二十二页 （4）可形成单分子吸附层或多分子吸附层 （5）吸附为放热过程，放热量与气体液化热相近。（6）物理吸附有较高的可逆性二、吸附过程的分类按作用力性质分类：吸附物理吸附化学吸附物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力所引起的，也称为范德华吸附。特点：（1）吸附质与吸附剂之间不发生化学反应 （2）相对没有选择性，可吸附多种吸附质；相对没有选择性，可吸附多种吸附质；（3）吸附过程很快，瞬时即可达到平衡本讲稿第五页，共二十二页（4）化学键力大时，吸附不可逆。化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大小。特点：如石灰吸附CO2 CaCO3（1）化学吸附的吸附力比物理吸附强（2）吸附热大（在数值上相当于化学反应热），（3）具有选择性，单分子层吸附；本讲稿第六页，共二十二页三：吸附剂 （1）吸附剂的活性 定义：单位质量或体积吸附剂达吸附平衡时所吸附的吸附质的量，是吸附剂吸附能力的标志。静活性 动活性 静活性：温度与吸附质浓度一定时，单位质量或体积的吸附剂达吸附平衡时所吸附的吸附质的最大量。动活性：指流体混合物通过吸附剂床层时，最初的吸附质被全部吸附，随着流体混合物不断加入，直至流出的流体中出现吸附质时的吸附能力。本讲稿第七页，共二十二页 活性炭吸附剂活性炭吸附剂 活性氧化铝活性氧化铝硅胶吸附剂硅胶吸附剂本讲稿第八页，共二十二页（2）工业吸附剂的选择 A 必须具有巨大的比表面积 B 工业吸附剂对流体中不同的吸附质具有选择性吸附作用 C 吸附剂必须有足够的机械强度和均匀的颗粒尺寸 D 有良好的再生性能，热稳定性及化学稳定性 本讲稿第九页，共二十二页 一 吸附平衡原理第二节 吸附平衡 当吸附速度和解吸速度相等时，流体当吸附速度和解吸速度相等时，流体中吸附质浓度不再改变时中吸附质浓度不再改变时 q-平衡吸附量平衡吸附量本讲稿第十页，共二十二页吸附剂吸附能力用平衡吸附量表示。当气体和固体性质一定时，平衡吸附量是气体压力及温度的函数：吸附等温线：在恒定温度下，吸附剂的平衡吸附量q与吸附质在气相中的组分分压p的关系曲线。本讲稿第十一页，共二十二页不同温度下不同温度下NH3在木炭上的吸附等温线在木炭上的吸附等温线（一）单组分气体吸附 混合气体中只有一种组分被显著吸附，其他组分及腹部被吸附的情况 q=f(q,T)单分子层吸附等温线单分子层吸附等温线本讲稿第十二页，共二十二页1.朗格谬尔（langmuir)公式具有代表性的等温吸附方程 q=k=kbp/(1+bp)q平衡吸附量p吸附质分压 覆盖度，即吸附剂表面被吸附质分子覆盖的比例，量纲为一k，b 为常数 =V/vm V，vm 分别为气体分压为p时吸 附剂覆盖单层分子时被吸附气体在标准状况下的体积。本讲稿第十三页，共二十二页2.弗兰德里希（Freunlich）方程：q平衡吸附量，L/kgk和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数n常数，和温度有关,n1p吸附质气相中的平衡分压,Pa随着p增大，吸附量q随之增加。但p增加到一定程度后，q不再变化。Freundlich方程为经验公式。压力范围不能太宽，低压或高压区域不能得到满意的实验拟合结果。本讲稿第十四页，共二十二页 n一般大于1，针对型吸附等温线 当n10，吸附等温线几乎变成水平线，是不可逆吸附。相对压力相对吸附量弗兰德里希等温线本讲稿第十五页，共二十二页假设：吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表面一层一层地累叠吸附。每一层吸附都符合Langmuir公式。3.BET公式由Brunaner,Emmett和Teller 3人提出的。基于多分子层吸附，在Langmuir公式基础上推导出来的。本讲稿第十六页，共二十二页p0吸附质组分的饱和蒸气压qm吸附剂表面完全被吸附质单分子层覆盖时的吸附量kb常数，与温度、吸附热和冷凝热有关。BET公式中的参数qm和kb可以通过实验测定。对、型吸附等温线均适用(9.3.6)本讲稿第十七页，共二十二页（二）气体气体混合吸附平衡 氧氧-氮氮-活性炭系统的三角相图活性炭系统的三角相图混合气体中有两种组分发生吸附时，每种组分吸附量均受另一种组分的混合气体中有两种组分发生吸附时，每种组分吸附量均受另一种组分的影响。影响。本讲稿第十八页，共二十二页（二）气体气体混合吸附平衡活性炭对乙烷的吸附较多，而硅胶优先吸附乙烯。乙烷-乙烯混合气体的平衡吸附(25，101.325 kPa)本讲稿第十九页，共二十二页 影响因素包括：除温度和溶质浓度外，溶剂种类、吸附质的溶 解度和离子化、各种溶质之间的相互作用等。三 液相吸附1.液相吸附的特点液相吸附的机理比气相复杂。在吸附质发生吸附时，溶剂也有可能被吸附。在溶剂的吸附作用忽略不计时，可以认为是单组分吸附。本讲稿第二十页，共二十二页2.吸附等温线测定方法：V：液体容积，m：吸附剂质量 C*：吸附平衡时，液相中溶质浓度C0：吸附前，液相中溶质浓度q=V(C0-C*)/m假设溶剂不被吸附，或者液体混合物是溶质的稀溶液,则V不变，测定溶液与吸附剂接触前后的浓度变化 达到吸附平衡时：本讲稿第二十一页，共二十二页3.吸附等温式Freundlich吸附等温方程式：在浓度范围较窄时适用q 平衡吸附量，kg/kgk 和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数n 常数，和温度有关 吸附质在液相中的平衡浓度,mg/L本讲稿第二十二页，共二十二页
