吸附材料的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展

/吸附材料的特點(diǎn)、應(yīng)用及進(jìn)展1、概述吸附法是利用吸附劑吸附廢水中某種或幾種污染物，以便回收或去除它們，從而使廢水得到凈化的方法。利用吸附法進(jìn)行物質(zhì)分別已有漫長(zhǎng)的歷史，國(guó)內(nèi)外的科研工在這方面作了大量的討論工作，目前吸附法已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)域。在化工和環(huán)境保護(hù)方面，吸附法重要用于凈化廢氣、回收溶劑（特別適用于腐蝕性的氯化烴類化合物、反應(yīng)性溶劑和低沸點(diǎn)溶劑）和脫除水中的微量污染物。后者的應(yīng)用范圍包括脫色、除臭味、脫除重金屬、除去各種溶解性有機(jī)物和放射性元素等。在處理流程中，吸附法可作為離子交換、膜分別等方法的預(yù)處理，以去除有機(jī)物、膠體及余氯等，也可作為二級(jí)處理后的深度處理手段，以便保證回用水質(zhì)量。利用吸附法進(jìn)行水處理，具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物料以及吸附劑可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，隨著現(xiàn)有吸附劑性能的不斷完善以及新型吸附劑的研制成功，吸附法在水處理中的應(yīng)用前景將更加廣闊。吸附劑是決議高效能的吸附處理過(guò)程的關(guān)鍵因素，廣義而言，一切固體都具有吸附本領(lǐng)，但是只有多孔物質(zhì)或磨得極細(xì)的物質(zhì)由于具有很大的表面積，才能作為吸附劑。工業(yè)上常用的吸附劑有：活性氧化鋁、硅膠、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分別成功與否，極大程度上倚靠于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問(wèn)題。工業(yè)吸附劑還必需充足下列要求：（1）吸附本領(lǐng)強(qiáng)；（2）吸附選擇性好；（3）吸附平衡濃度低；（4）簡(jiǎn)單再生和再利用；（5）機(jī)械強(qiáng)度好；（6）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（7）來(lái)源廣；（8）價(jià)廉。2、幾種常見(jiàn)吸附劑的特性（1）活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3，而是水合無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無(wú)定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。在肯定操作條件下，它的干燥深度可達(dá)露點(diǎn)‐７０℃以下。市售的層析用氧化鋁有堿性、中性和酸性三種類型，粒度規(guī)格大多為100～150目。堿性氧化鋁（pH910）：適用于堿性物質(zhì)（如胺、生物堿）和對(duì)酸敏感的樣品（如縮醛、糖苷等），也適用于烴類、甾體化合物等中性物質(zhì)的分別。但這種吸附劑能引起被吸附的醛、酮的縮合。酯和內(nèi)酯的水解、醇羥基的脫水、乙酰糖的去乙?；?、維生素A和K等的破壞等不良副反應(yīng)。所以，這些化合物不宜用堿性氧化鋁分別。酸性氧化鋁（pH3.54.5）：適用于酸性物質(zhì)如有機(jī)酸、氨基酸等以及色素和醛類化合物的分別。中性氧化鋁（pH77.5）：適用于醛、酮、醌、苷和硝基化合物以及在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定的物質(zhì)如酯、內(nèi)酯等的分別，也可以用來(lái)分別弱的有機(jī)酸和堿等。（2）硅膠：硅膠是硅酸的脫水后的產(chǎn)物，其成分是SiO2xH2O，又叫縮水硅酸。是一種堅(jiān)硬、無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它重要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分別等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對(duì)濕度飽和的條件下，吸附量可達(dá)吸附劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細(xì)孔硅膠。適用范圍：非極性和極性化合物，適用于芳香油、萜類、甾體、生物堿、強(qiáng)心甙、蒽醌類、酸性、酚性化合物、磷脂類、脂肪酸、氨基酸，以及一系列合成產(chǎn)品如有機(jī)金屬化合物等。近年來(lái)硅膠的生產(chǎn)呈現(xiàn)出快速進(jìn)展態(tài)勢(shì)，專業(yè)化分工趨于細(xì)化，技術(shù)進(jìn)步促使應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，北美、歐盟、我國(guó)、日韓和東南亞地區(qū)是重要的技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)所在地，產(chǎn)能集中，特點(diǎn)明顯。我國(guó)仍以低端產(chǎn)品為主。近年來(lái)，硅膠技術(shù)呈現(xiàn)出明顯的專業(yè)化分工進(jìn)展趨勢(shì)，基礎(chǔ)硅膠在我國(guó)進(jìn)展迅猛，微粉硅膠在歐美和日韓獲得長(zhǎng)足進(jìn)步?；A(chǔ)硅膠和微粉硅膠在形態(tài)和性能上的差異，成為多樣化應(yīng)用進(jìn)展的直接動(dòng)力。（3）活性炭吸附劑中活性炭應(yīng)用于水處理已有幾十年的歷史。60時(shí)代后有很大進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外的科研工已在活性炭的研制以及應(yīng)用討論方面作了大量的工作。制作活性炭的原材料種類多、來(lái)源豐富，包括動(dòng)植物（如木材、鋸木屑、木炭、谷殼、椰子殼、稻麥桿、堅(jiān)果殼、脫脂牛骨、魚骨等）、煤（泥煤、褐煤、瀝青煤、無(wú)煙煤等）、石油副產(chǎn)物（石油殘?jiān)?、石油焦等）、紙漿廢物、合成樹脂以及其他有機(jī)物（如廢輪胎）等。是將木炭、果殼、煤等含碳原材料經(jīng)炭化、活化后制成的?；罨椒煞譃閮纱箢?，即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原材料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原材料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在700～1200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化?；钚蕴亢泻芏嗝?xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸附本領(lǐng)。但是，活性炭因生產(chǎn)工藝、原材料的不同，性能懸殊特別大，用途也不一樣，目前工業(yè)上使用的活性炭有粒狀和粉狀兩種，其中以粒狀為主。與其他吸附劑相比，活性炭具有巨大的比表面積以及微孔特別發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，因此是目前廢水處理中普遍采納的吸附劑。劉明華等曾用本身研制成功的活性炭處理制革廢液中的硫化物，取得了很好的效果。此外，活性炭還可以用于煉油、含酚、印染、氯丁橡膠、腈綸、三硝基甲苯、重金屬、含氟、含氯等廢水的處理以及生活飲用水中有害物質(zhì)的處理?；钚蕴康脑偕腔钚蕴磕芊駨V泛使用的關(guān)鍵問(wèn)題，因此國(guó)內(nèi)外在這方面進(jìn)行了大量的討論。目前，活性炭的再生方法重要有加熱再生法、藥劑再生法、化學(xué)再生法、濕式氧化再生法和生物再生法等。用加熱再生法處理活性炭時(shí)，炭的損失率高，而且再生成本也較高，而藥劑再生法處理成本高并易造成二次污染，因此化學(xué)再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和濕式氧化再生法是今后活性炭再生方法的進(jìn)展方向。與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，我國(guó)活性炭存在產(chǎn)量少、質(zhì)量差、使用壽命短、再生率低等缺點(diǎn)，因此如何改進(jìn)活性炭生產(chǎn)工藝，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。（4）分子篩a、沸石分子篩又稱合成（沸石）或分子篩，其化學(xué)構(gòu)成通式為：[M2（Ⅰ）M（Ⅱ）]O.Al2O3.nSiO2.mH2O，式中M2（Ⅰ）和M（Ⅱ）分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅重要來(lái)自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來(lái)自于鋁酸鈉和Al（HO）3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2～10,m=0～9。沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個(gè)碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分別、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分別。b、碳分子篩實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分別的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩全部表面積的90%以上。碳分子篩的孔結(jié)構(gòu)重要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過(guò)渡孔從大孔分支出來(lái)，微孔又從過(guò)渡孔分支出來(lái)。在分別過(guò)程中，大孔重要起運(yùn)輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。以煤為原材料制取碳分子篩的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡(jiǎn)單，但要制取高質(zhì)量