12 吸附法及离子交换.ppt

吸附: 利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。即溶质从液相或气相转移到固相过程。 一、常用吸附剂 吸附剂通常应具备以下特征： 对被分离的物质具有较强的吸附能力； 有较高的吸附选择性； 机械强度高； 再生容易； 性能稳定； 价格低廉。 一、常用吸附剂 按化学结构分:有机吸附剂,无机吸附剂 有机吸附剂:活性炭、纤维素、大网格聚合物（聚苯乙烯树脂、聚丙烯酸酯树脂等）等； 无机吸附剂:硅胶（SiO2·nH2O）、活性氧化铝（Al2O3·nH2O）、硅藻土（硅酸盐）、分子筛（结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐 ）等。 大孔吸附树脂特点？ 特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。 但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。 从稀溶液中分离溶质，处理能力较小； 对溶质的作用较小； 可直接从发酵液中分离所需的产物； 溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非线性关系。 一、吸附的类型 按吸附力的不同可分为： （1）物理吸附： 吸附作用力为分子间引力（范德华力）、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：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。 （3）交换吸附：吸附剂表面为极性分子或离子，吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层，即极性吸附，同时吸附剂要向溶液中放出相应物质量的离子。 二、吸附等温线 Langmuir 吸附等温线 假定： 吸附物分子之间无相互作用力。 每一个活性只能吸附一个分子，即形成单分子吸附层。 吸附速度与溶液浓度C和吸附剂表面未被占据的活性中心数目成正比； 解吸速度与吸附剂表面为该溶质所占据活性中心数目成正比 三、影响吸附的因素 （1)考虑三种作用力：①固体-溶质 ②固体-溶剂 ③溶质-溶剂 (2)吸附剂性质： 吸附容量（a 比表面，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔径分布） 机械强度（使用寿命） (3)吸附物性质: ①表面张力降低的物质 ②溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 ③极性吸附剂易吸附极性物质 ④极性越小，越易被非极性吸附剂吸附 (4)溶液pH的影响 （解离度） (5)温度的影响 （吸附热，溶解度） (6)其它组分的影响（促进，干扰，互不影响） 四、吸附技术的应用 　⑴　固定床吸附操作 ⑵　流化床吸附操作 ⑶ 膨胀床吸附操作 1.原理 ①吸附原理 活性炭对烟气中的SO2的吸附，既有物理吸附，也 有化学吸附，特别是当烟气中存在着氧气和水蒸气 时，化学反应变现得尤为明显。 ②活性炭再生：活性炭吸附的硫酸存在于活性炭 的微孔中，降低了其吸附能力。可通过水洗放出 SO2，活性炭得到再生。水洗再生是用水洗出 活性炭微孔中的硫酸。 流化床吸附操作 固定床： 在吸附颗粒确定以后，床层的流态化与通过床层液体的表观流速U有关。当U不大时，颗粒之间仍保持静止并互相支撑，这为固定床。 流化床： 当U增大至一定程度，颗粒不再相互支撑，开始悬浮在液体中；进一步提高U，床层中颗粒的运动加剧，这时的床层为流化床。 优点： A 压降小，可处理高黏度或固体颗粒的粗料液； B 设备操作简单。 膨胀床吸附操作 固定床优点：流体呈平推流， 返混小，柱效率高。 缺点：无法处理含颗粒的料液。 流化床缺点：存在严重的返混， 吸附剂的利用率低。 膨胀床 吸附颗粒相对稳定地处在床层 中的一定层次上实现稳定分级， 流体以平推流的形式流过床层， 吸附颗粒间有较大的空隙。 概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 纯化方式： ①将目的产物离子化，被交换到介质上，杂质不被吸附而从柱流出，称为正吸附。 ②将杂质离子化后被交换，而目的产物不被交换直接流出，这种方式称为负吸附。 优点： （1）设备简单、操作方便； （2）选择性高； （3）浓缩倍数高，分离效果突出。 缺点： （1）使用后，其性能逐渐消失，需用酸、碱再生； （2）生成周期长； （3）生成过程中PH变化较大，不适于稳定性较差的 物质的分离。 一、离子交换树脂的结构和离子交换 1.离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。它具有网状立体结构并含有活性基团，能与溶剂中其他带电粒子进行离子交换或吸着。 离子交换树脂由三部分构成： ①载体或骨架：