吸附原理及應(yīng)用課件

1、吸附HANS1ppt精選版概述吸附（定義）一種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另外一相的現(xiàn)象稱為吸附固液界面上的吸附：吸附劑：具有吸附能力的固體物質(zhì)。吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)。物質(zhì)從流體相濃縮到固體表面2ppt精選版待分離的料液通入吸附劑吸附質(zhì)被吸附在吸附劑表面料液流出吸附質(zhì)解吸吸附劑再生典型的吸附過程包括四個(gè)步驟：3ppt精選版吸附: 典型的表面現(xiàn)象吸附劑吸附質(zhì)脫附：吸附的逆過程4ppt精選版5ppt精選版概述吸附的特點(diǎn)：（1） 不用或少用有機(jī)溶劑（2） 操作簡便，安全（3） 生產(chǎn)過程pH變化?。?） 從稀溶液分離溶質(zhì)（5）吸附劑對溶質(zhì)的作用小（6）吸附平衡為非線性 （7）選擇性差6ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)

2、基本概念吸附劑：表面上能發(fā)生吸附作用的固體吸附物：被吸附的物質(zhì)多孔吸附劑：外表面與內(nèi)表面組成非多孔吸附劑：比表面取決于外表面吸附作用：物質(zhì)從流體相濃縮到固體表面7ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)(1)物理吸附：溶質(zhì)與吸附劑之間由于范德華力而產(chǎn)生的吸附。 (2)化學(xué)吸附：溶質(zhì)與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的吸附化學(xué)鍵和表面絡(luò)合物。(3)交換吸附：溶質(zhì)的離子由于靜電引力作用聚集在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，并置換出原先固定在這些帶電點(diǎn)上的其他離子。吸附的分類8ppt精選版固體內(nèi)部分子所受分子間的作用力是對稱的，而固體表面分子所受力是不對稱的。向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大，而表面向外一面所受的作用力較小，

3、因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)過程中碰到固體表面時(shí)就會(huì)被吸引而停留在固體表面上。 圖21-1界面上分子和內(nèi)部分子所受的力9ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)吸附的類型（1） 物理吸附: 放熱小，可逆，單分子層或多分子層，選擇性差（2） 化學(xué)吸附: 放熱量大，單分子層，選擇性強(qiáng)（3） 交換吸附: 吸附劑吸附后同時(shí)放出等量的離子到溶液中10ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)11ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)物理吸附力的本質(zhì)定向力 極性分子的永久偶極靜電力誘導(dǎo)力 極性分子與非極性分子之間的吸引力色散力 非極性分子之間的引力（瞬間偶極）氫鍵力 介于庫侖引力與范德華引力之間的特殊分子間定向作用力非共價(jià)作用吸附質(zhì)

4、和吸附劑之間的作用力范德華力12ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)13ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)14ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)15ppt精選版氫 鍵兩種原子電負(fù)性越大，半徑越小，H鍵就越能形成，作用也就越大，越有利于吸附。一種特殊的分子間作用力，介于庫侖引力與范德華引力 之間的特殊定向力，比誘導(dǎo)力、色散力都有大16ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)當(dāng)分子間距離減小時(shí)，范德華力增大，但當(dāng)分子間距離非常接近時(shí)，就明顯地表現(xiàn)出斥力。 當(dāng)距離大于OB時(shí)，吸引力未表示出來。當(dāng)吸附表面和分子間的距離減小時(shí)，其吸引力的能量逐漸增加，當(dāng)距離減至分子半徑OA時(shí)，達(dá)到最大值。當(dāng)距離再減小時(shí)，推斥力急劇增加。17ppt精選

5、版物理吸附與化學(xué)吸附的比較理化指標(biāo) 物理吸附 化學(xué)吸附吸附作用力 范德華力 化學(xué)鍵吸附熱 接近于液化熱 接近于化學(xué)反應(yīng)熱選擇性 低 高吸附層 單或多分子層 單分子層吸附速率 快，活化能小 慢，活化能大可逆性 可逆 不可逆18ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)吸附平衡吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在單位時(shí)間內(nèi)吸附數(shù)量等于解吸的數(shù)量，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度C與在吸附劑表面上的濃度都不再變時(shí)，即達(dá)到吸附平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液的濃度C叫平衡濃度。 19ppt精選版吸附過程理論基礎(chǔ)吸附量q達(dá)到吸附平衡時(shí)，單位重量的吸附劑（g）所吸附的吸附質(zhì)的重量（g）衡量吸附劑吸附能力的大小20ppt精選版吸附過

6、程理論基礎(chǔ)吸附等溫線在一定T下，q隨平衡濃度C變化的曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。費(fèi)羅因德利希吸附等溫線亨利吸附等溫線蘭格謬爾吸附等溫線 BET吸附等溫線（多層吸附）類型21ppt精選版吸附等溫線q= K C亨利吸附等溫線22ppt精選版吸附等溫線費(fèi)羅因德利希吸附等溫線基本假設(shè)：固相表面具有同的吸附位置，需有同的吸附能量常用于表面非常均勻的吸附劑在一定濃度范圍對單一溶質(zhì)系統(tǒng)的等溫吸附23ppt精選版吸附等溫線蘭格謬爾吸附等溫線基本假設(shè)：吸附位點(diǎn)在吸附劑表面，且每一位點(diǎn)可吸附一個(gè)分子，亦即被吸附成單一分子層，所有吸附地址，對被吸附分子具有相等的親和，被吸附分子并影響其余吸附位點(diǎn)的吸附效應(yīng)24

7、ppt精選版吸附等溫線蘭格謬爾吸附等溫線25ppt精選版吸附等溫線26ppt精選版吸附等溫線BET吸附等溫線（多層吸附）27ppt精選版幾種常用的吸附劑 吸附劑必須滿足下列要求：吸附能力強(qiáng)；吸附選擇性好；吸附平衡濃度低；容易再生和再利用；機(jī)械強(qiáng)度好；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；來源廣；價(jià)廉。 一般工業(yè)吸附劑難于同時(shí)滿足這八個(gè)方面的要求，因此，應(yīng)根據(jù)不同的場合選用。28ppt精選版吸附劑通常應(yīng)具備以下特征：表面積大、顆粒均勻、對被分離的物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力有較高的吸附選擇性機(jī)械強(qiáng)度高再生容易、性能穩(wěn)定價(jià)格低廉。常用的吸附劑有極性的和非極性的兩種。29ppt精選版幾種常用的吸附劑 有機(jī)吸附劑有活性炭、球性炭化

8、樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等； 無機(jī)吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、硅藻土、分子篩等?；钚匝趸X（Al2O3nH2O）按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為有有機(jī)吸附劑無機(jī)吸附劑30ppt精選版幾種常用的吸附劑活性炭 高溫炭化 活化,800900木材、煤、果殼 炭渣 活性炭 隔絕空氣，600 活化劑：ZnCl231ppt精選版解吸：從活性炭柱上洗脫被吸附物質(zhì)時(shí)，溶劑的洗脫能力將隨溶劑極性的降低而增強(qiáng)。幾種常用的吸附劑活性炭吸附非極性有機(jī)物脫色，去熱原32ppt精選版33ppt精選版幾種常用的吸附劑硅膠（SiO2nH2O）硅膠的表面保留著羥基，是硅膠的吸附活性中心在200以上羥基會(huì)脫去，失去活性應(yīng)用吸附大極性有機(jī)物

9、| | O O | | SiOSiOH | | O O | |34ppt精選版幾種常用的吸附劑極性強(qiáng)，對水有很強(qiáng)的親和作用活性氧化鋁（Al2O3nH2O）35ppt精選版幾種常用的吸附劑篩分：將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用吸附：分子篩結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學(xué)通式為：Mx/m(AlO2)x(SiO2)yzH2O。分子篩是一種具有網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽 ，具有均勻的晶穴，孔徑分布非常均一，具有選擇篩分分子作用 36ppt精選版（a）A 型 （b）X 型兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)37ppt精選版溶劑的極性:與介電常數(shù)大小一致 環(huán)己烷 1.

10、88 苯 2.29 無水乙醚 4.47 氯仿 5.20 乙酸乙酯 6.11 乙醇 26.0 甲醇 31.2 水 81.0極性遞增38ppt精選版幾種常用的吸附劑大孔吸附樹脂不含交換基團(tuán)的, 具有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附劑。（1） 選擇性好（2） 解吸容易（3） 機(jī)械強(qiáng)度好（4） 流體阻力?。?） 反復(fù)使 用（6） 可適用于各種產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)39ppt精選版大孔吸附樹脂非極性大孔吸附樹脂中等極性大孔吸附樹脂極性大孔吸附樹脂分類40ppt精選版大孔吸附樹脂非極性大孔吸附樹脂苯乙烯-二乙烯苯交聯(lián)、聚合41ppt精選版大孔吸附樹脂中極性大孔吸附樹脂甲基丙烯酸酯單體42ppt精選版大孔吸附樹脂極性大孔吸附樹脂酰胺

11、基團(tuán)硫氧基團(tuán)N-O基團(tuán)(硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基)43ppt精選版大孔吸附樹脂吸附性原理樹脂本身具有吸附性吸附力是范德華力或氫鍵作用的結(jié)果篩選性原理樹脂為多孔性結(jié)構(gòu)，具有分子篩的作用有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的不同及分子量的大小，在樹脂的吸附機(jī)理和篩分原理作用下實(shí)現(xiàn)分離。44ppt精選版大孔吸附樹脂應(yīng)用范圍廣整個(gè)過程PH值不變，適于對PH值敏感的物質(zhì)能從存在大量無機(jī)鹽的發(fā)酵液中分離提取抗菌素等物質(zhì)理化性質(zhì)穩(wěn)定穩(wěn)定性高，機(jī)械強(qiáng)度好，耐用避免溶劑法對環(huán)境的污染及離子交換法對設(shè)備的腐蝕分離性能優(yōu)良選擇性好，分離效能高45ppt精選版大孔吸附樹脂使用方便大孔樹脂一般為小球狀，流體阻力小于活性碳溶劑用量

12、少只需要少量溶劑作為洗脫劑避免了溶劑法中的乳化現(xiàn)象可重復(fù)使用，降低成本用水、稀酸、稀堿或低濃度乙醇等反復(fù)清洗即可再生缺點(diǎn)樹脂價(jià)格貴；品種有限，不能滿足復(fù)雜要求；操作繁瑣46ppt精選版47ppt精選版大網(wǎng)格吸附劑吸附條件選擇1 吸附劑的選擇（相似互溶）：非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)中等極性吸附劑對兩種情況均有吸附能力孔徑與比表面（孔徑6倍于分子直徑） 吸附法提取的生化物質(zhì)大多是弱極性或非極性，一般選非極性或中等極性。48ppt精選版大網(wǎng)格吸附劑吸附條件選擇2無機(jī)鹽的影響 無機(jī)鹽存在，對吸附不僅無干擾，還有促進(jìn)作用（鹽析）。3吸附pH 弱酸物質(zhì)：p

13、HpK （呈分子狀態(tài)） 中性物質(zhì)：pH無影響（不會(huì)電離）。49ppt精選版 例： 林可、紅霉素、SPM 弱堿性， pH 吸附量； 赤霉素弱酸性， pH，吸附量； 維生素B12 中性， pH無影響，實(shí)驗(yàn)證實(shí)： XAD-2上吸附，pH37吸附量都一樣； 頭孢菌素 兩性物質(zhì)，應(yīng)在什么條件下吸附？ pK1=2.6(羧基)；pK2=3.3 (羧基) ；pK3=9.8 (氨基) 50ppt精選版大孔吸附劑解吸條件1. 選擇洗脫劑原則a. 洗脫劑應(yīng)容易溶脹大網(wǎng)格吸附劑。溶質(zhì)對聚合物的溶脹能力可用溶解度參數(shù)來表征。溶劑2-丁酮2-丙酮丁醇丙醇乙醇甲醇水19.020.423.324.325.929.647.3

14、溶 劑 的 解 吸 能 力 逐 漸 降 低溶劑的溶解度參數(shù)和聚合物的溶解度參數(shù)接近時(shí)，溶劑愈易溶脹聚合物。 （洗 聚）51ppt精選版大孔吸附劑解吸條件b. 洗脫劑對被吸附物有較大的溶解度。 例 赤霉素(920)：吸附時(shí)選XAD-2樹脂（聚苯乙烯型）聚18.4 洗脫劑選乙酯 乙18.6，溶解度參數(shù)接近，易溶脹XAD-2樹脂； 易溶于乙酯中。 洗脫容易，洗脫峰很集中。52ppt精選版大孔吸附劑解吸條件2. 流速 （空間速度，線速度）洗脫液的流速務(wù)必恰當(dāng)控制。如果太快，洗脫物在兩相中的平衡過程不完全；如果太慢，洗脫物會(huì)擴(kuò)散。53ppt精選版幾種常用的吸附劑分子篩分子篩是一種具有網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)的硅鋁酸

15、鹽 ，具有均勻的晶穴，孔徑分布非常均一，具有選擇篩分分子作用 54ppt精選版影響吸附的因素（一）吸附劑結(jié)構(gòu)1比表面積吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發(fā)達(dá)，其比表面積越大。吸附劑的比表面積越大，則吸附能越強(qiáng)。55ppt精選版影響吸附的因素（一）吸附劑結(jié)構(gòu)2孔結(jié)構(gòu) 吸附劑的孔結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大?？讖教?，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小，則不利于吸附質(zhì)擴(kuò)散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用，56ppt精選版影響吸附的因素3表面化學(xué)性質(zhì)（一）吸附劑結(jié)構(gòu)吸附劑在制造過程中會(huì)形成一定量的不均勻表面氧化物，其成分和數(shù)量隨原料和活化工藝不同而異。表面氧化物成為選擇性的吸附

16、中心，使吸附劑只有類似化學(xué)吸附的能力，57ppt精選版影響吸附的因素（二）吸附質(zhì)的性質(zhì) 對于一定的吸附劑，由于吸附質(zhì)性質(zhì)的差異，吸附效果也不一樣。（三）操作條件吸附是放熱過程，低溫有利于吸附，升溫有利于脫附.58ppt精選版吸附工藝和設(shè)備操作方式連續(xù)式間歇式將料液和吸附劑放在容器內(nèi)攪拌，平衡后排出吸余液固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中59ppt精選版吸附工藝一、間歇吸附吸附過程計(jì)算L吸附劑的質(zhì)量，kg;W溶液中溶劑的質(zhì)量，kg60ppt精選版吸附工藝固定床吸附固定床是最常用得吸附分離設(shè)備，屬間歇操作。 吸附劑在床中是固定的，料液自上而下流過吸附劑。61ppt精選版吸附工藝固定床吸附以吸附時(shí)間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)，以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線。穿透曲線吸附帶指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層62ppt精選版吸附工藝出水濃度Cb為(0.90-0.95)Co時(shí)所對應(yīng)的出水總體積的穿透曲線上的那一點(diǎn)。吸附終點(diǎn)固定床吸附63ppt精選版C = 0交界層C = C0 0 1.0 C/C0L64ppt精選版 吸附 沖洗 洗脫時(shí)間/體積y吸附?jīng)_洗洗脫65ppt精選版固定床內(nèi)的濃度分布曲線時(shí)間y床層長度yF0l0時(shí)間q