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常见吸附剂的吸附原理及性能特点

2020-07-27 14:20:50 东莞市中科新蓝科技有限公司 阅读

一、吸附分离过程概述

吸附是指流体(气体或液体)与固体多孔物质接触时,流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面富集在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。

被吸附的流体称为吸附质,多孔固体颗粒本身称为吸附剂。

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图1 吸附过程图:先表面接触(外扩散)-----开始吸附(内扩散)-------吸附平衡

由于吸附质和吸附剂的物理化学性质不同,吸附剂对不同吸附质的吸附能力也不同,因此当流体与吸附剂接触时,吸附剂对流体中的某个或某些组分相对其他组分具有较高的吸附选择性,吸附相和吸余相的组分可被富集,从而实现物质的分离。

二、吸附/解吸过程

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图2 吸附过程

吸附过程:可认为是浓缩的过程,也可以认为是液化的过程。因此,温度越低、压力越高吸附量越大。对于所有吸附剂,越容易液化(沸点越高)的气体吸附量越大,越不容易液化(沸点越低)的气体吸附量越低。

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解吸过程:可认为是气化或者挥发的过程。因此,温度越高、压力越低解吸越彻底。对于所有吸附剂,越容易液化(沸点越高)的气体越不容易解吸,越不容易液化(沸点越低)的气体越容易解吸。

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图4 越容易液化(沸点越高)的气体吸附量越大,越不容易液化(沸点越低)的气体吸附量越低。例外情况:N2、CO。

三、吸附分离原理及其分类

吸附分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附分离原理:利用固体表面的原子或基团与外来分子间的吸附力(范德华力、静电作用力)的不同实现分离。吸附力的大小与吸附剂和吸附质两者的性质有关。

化学吸附分离原理:基于在固体吸附剂表面发生化学反应使吸附质和吸附剂之间以化学键力结合的吸附过程,因此选择性较强。化学吸附一般速度较慢,只能形成单分子层且不可逆。

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图5 物理吸附过程

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图6 化学吸附过程

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图7 物理吸附和化学吸附对比图

四、常见吸附剂类型

常见吸附剂主要包括:分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝四类。

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图8 分子筛孔道(大小高度均一,所有孔道完全一致)

分子筛:具有规整的微孔孔道结构,比表面积约500-1000m2/g,主要是微孔,孔径分布在0.4-1nm之间。可以通过调整分子筛结构、组成及平衡阳离子的类型来改变分子筛的吸附特点。分子筛主要依靠特征孔道结构及平衡阳离子与分子筛骨架之间的库仑力场产生吸附作用,具有良好的热稳定性和水热稳定性,广泛应用于各类气相、液相的分离与净化,分子筛作为吸附剂使用时具有选择性强,吸附深度高、吸附容量大等特点;

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图9 活性炭孔道(大小不均一,相差一个数量级)

活性碳:具有丰富的微孔和介孔结构,比表面积约500-1000m2/g,孔径分布主要在2-50nm。活性炭主要依靠与吸附质产生的范德华力产生吸附作用,主要应用于吸附有机化合物、重烃类有机物吸附脱除、除味剂等;

硅胶:硅胶类吸附剂比表面积约300-500m2/g,主要是介孔,孔径分布在2-50nm,其孔道内部表面具有丰富的表面羟基,主要用于吸附干燥和变压吸附制CO2等;

活性氧化铝:比表面积200-500m2/g,主要是介孔,孔径分布在2-50nm,主要应用于干燥脱水、酸性废气净化等。

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图10 不同吸附剂孔径分布

来源:北极星VOCs在线



标签:   吸附剂


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