生物分離工程吸附分離演示文稿

生物分離工程吸附分離演示文稿目前一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（優(yōu)選）生物分離工程吸附分離目前二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附現(xiàn)象

A rain–damp(吸濕)

B 冰箱除異味C 變色硅膠D裝修除甲醛目前四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點一、基本概念定義：吸附是利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面，再用適當?shù)南疵搫⑵浣馕_到分離純化的過程。液相(氣相)→固相——吸附劑、吸附物應用：廣泛應用于原料脫色、脫臭，目標產物提取、濃縮和粗分離吸附劑吸附質脫附：吸附的逆過程目前五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附過程通常包括：待分離料液與吸附劑混合、吸附質被吸附到吸附劑表面、料液流出、吸附質解吸回收等四個過程。吸附劑——能夠吸附其他物質的多孔性固體。吸附質——在吸附過程中，被吸附的物質。料液與吸附劑混合吸附質被吸附料液流出吸附質解吸附Step1Step2Step3Step4目前六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點常用于從稀溶液中將溶質分離出來，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較?。粚θ苜|的作用較小，這一點在蛋白質分離中特別重要；可直接從發(fā)酵液中分離所需的產物，成為發(fā)酵與分離的耦合過程，從而可消除某些產物對微生物的抑制作用；溶質和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關系通常是非線性關系，故設計比較復雜，實驗的工作量較大。吸附法的特點：優(yōu)點：有機溶劑摻入少操作簡便，安全，設備簡單pH變化小，適于穩(wěn)定性差的物質缺點：選擇性差收率低無機吸附劑性能不穩(wěn)定不能連續(xù)操作，勞動強度大碳粉等吸附劑有粉塵污染目前七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附機理界面固體內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。向內的一面受內部分子的作用力較大，而表面向外一面所受的作用力較小，因而當氣體分子或溶液中溶質分子在運動過程中碰到固體表面時就會被吸引而停留在固體表面上。

目前八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附類型與特性物理吸附化學吸附交換吸附極性吸附離子交換吸附目前九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附——基本原理當由于吸附質與吸附劑的分子之間存在分子間力即范德華力而發(fā)生的吸附稱為物理吸附，又稱為范德華吸附。因為分子間引力普遍存在于吸附劑與吸附質之間，故一種吸附劑可以吸附多種吸附質，不具有選擇性。但吸附劑與吸附質的種類不同，分子間引力大小各異，因此吸附量可能相差懸殊。。根據(jù)吸附劑與吸附質之間相互作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學吸附兩種類型。物理吸附目前十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附——基本原理由于吸附質與吸附劑的分子之間形成化學鍵而引起的吸附稱為化學吸附。發(fā)生化學吸附時，被吸附的分子與吸附劑的表面分子之間發(fā)生了電子轉移、原子重排或化學鍵的破壞與生成。與物理吸附不同的是，化學吸附具有選擇性，只有當吸附劑與吸附質的分子之間形成化學鍵時，才會發(fā)生化學吸附。根據(jù)吸附劑與吸附質之間相互作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學吸附兩種類型?；瘜W吸附目前十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

物理、化學吸附的比較吸附性能物理吸附化學吸附作用力分子引力（范德華力）化學鍵選擇性沒有選擇性有選擇性吸附層單分子或多分子吸附層只能形成單分子吸附層吸附熱較小，?41.9kj/mol較大，相當于化學反應熱，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，幾乎不要活化能較慢，需要活化能溫度放熱過程，低溫有利于吸附溫度升高，吸附速度增加可逆性可逆，較易解析化學鍵大時，吸附不可逆目前十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點多孔型：活性炭、硅膠、硅藻土；大網格吸附劑：有機高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。凝膠型：纖維素凝膠，瓊脂糖凝膠，匍聚糖凝膠等。

二、吸附分離介質目前十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附劑通常應具備以下特征：（1）較高的選擇性以達到一定的分離要求；（2）較大的吸附容量以減小用量；（3）較好的動力學及傳遞性質以實現(xiàn)快速吸附；（4）較高的化學及熱穩(wěn)定性，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質；（5）較高的硬度及機械強度以減小磨損和侵蝕；（6）較好的流動性以便于裝卸；（7）較高的抗污染能力以延長使用壽命；（8）較好的惰性以避免發(fā)生不期望的化學反應；（9）易再生；（10）價格便宜。目前十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點硅藻土氧化鋁活性炭目前十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點粒狀碳成品粉狀碳成品活化→洗滌→捏合成型→炭化炭化→破碎、造粒原料→干燥→篩分制造過程示意圖活化：把碳渣造成發(fā)達的多孔結構主要有兩種方法：（1）氣體法；（2）藥劑法。一般來說，吸附量主要受小孔支配，但對于分子量（或分子直徑）較大的吸附質，小孔幾乎不起作用。所以，在實際應用中，應根據(jù)吸附質的直徑大小和活性炭的孔徑分布來選擇合適的活性炭。1）組成結構：由木屑、獸骨、獸血或煤屑等原料高溫（800℃）碳化而成的多孔網狀結構（1）活性炭目前十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點活性炭是一種多孔含碳物質的顆?；蚍勰粌H具有良好的化學穩(wěn)定性和機械強度，而且具有高度發(fā)達的孔隙結構，因而具有很強的吸附能力；活性炭還具有解吸容易、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點?；钚蕴烤哂蟹菢O性的表面，即可以吸附非極性物質?；钚蕴考瓤捎糜跉庀辔?，又可用于液相吸附。目前，活性炭已廣泛地用于制藥化工過程，如各類有機蒸汽的吸附，溶液的脫色、除臭，藥物的精制等。目前十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點活性炭種類顆粒大小表面積吸附力吸附量洗脫粉末活性炭小大大大難顆?；钚蕴枯^小較大較小較小難錦綸活性炭大小小小易粉末活性炭錦綸活性炭2）種類：粉末活性炭、顆?；钚蕴俊㈠\綸活性炭吸附能力為粉末活性炭＞顆?；钚蕴浚惧\綸活性炭目前十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

活性炭纖維是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，可做成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等?；钚岳w維的外表面積比顆?；钚蕴看?，吸附和解吸速度比顆粒狀活性炭大，且阻力小，容易使氣體或液體透過，近年來作為活性炭新品種正在推廣應用。

球形炭化樹脂是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經炭化、高溫裂解及活化制成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹脂不易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸，氣體和液體通過球形吸附劑床層時的阻力小。通過控制聚合條件，改變原料配比等手段可得到不同孔結構和不同性能的炭化樹脂。

炭分子篩（CMS）較活性炭具有更小的孔徑（2～10?）和更窄的孔徑分布，可用于分離更小的氣體分子，如從空氣中分離N2。目前二十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點活性炭對物質的吸附規(guī)律是非極性吸附劑，在極性介質中，對非極性物質具有較強的吸附，因此在水中吸附能力大于有機溶劑中的吸附能力。針對不同的物質，活性炭的吸附遵循以下規(guī)律：（1）對極性基團多的化合物的吸附力大于極性基團少的化合物（2）對芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3）對相對分子量大的化合物的吸附力大于相對分子量小的化合物（4）pH值的影響在酸性條件吸附能力大，pH>6.8吸附能力較差（5）溫度未平衡前隨溫度升高而增加目前二十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點活性碳凈水處理活性碳應用于工業(yè)廢水，主要為有機物、氯氣及微量不純物之去除，其亦常與離子交換樹脂組合以制造超純水。用于廢水處理，主要是去除一般難處理之有機化合物、鹵化物、酚類、水銀及一些無機金屬離子，如：Sb,As,Bi,Cr及Sn等?；钚蕴嫉倪x擇依處理的水別及目的其也各不相同。（1）飲用水水源之凈化，包括水內含色、臭、合成洗滌劑

及農藥等之去除（2）工業(yè)及產業(yè)用水之處理（3）家庭廢水之處理及再利用（4）工業(yè)及產業(yè)廢水之處理及再利用（5）垃圾滲出水處理目前二十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前二十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

是氫氧化鋁膠體經加熱脫水后制成的一種多孔大表面吸附劑。通過控制氫氧化鋁晶粒尺寸和堆積配位數(shù)可以控制氧化鋁的孔容、孔徑和表面積。由鋁土礦加熱脫水可制成天然活性氧化鋁。氧化鋁按品型可分為α、γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8種。通常所說的“活性氧化鋁”是指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化鋁的混和物?；钚匝趸X具有相當大的比表面積（200～400m2/g），且機械強度高，物化穩(wěn)定性高，耐高溫，抗腐蝕，但不宜在強酸、強堿條件下使用。活性氧化鋁表面的活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強，對水有很強的親和作用?；钚匝趸X廣泛應用于脫除氣體中的水，也常用作催化劑和色譜柱填充材料。（2）活性氧化鋁（Al2O3·nH2O）目前二十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前二十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點硅膠是一種堅硬、多孔的固體顆粒，用硫酸處理硅酸鈉水玻璃便生成硅膠，其主要成分為SiO2?nH2O。硅膠是SiO2微粒的堆積物，因此，通過控制膠團的尺寸和堆積配位數(shù)可以控制硅膠的孔容、孔徑和表面積。硅膠的表面保留著大約5wt％的羥基，是硅膠的吸附活性中心。在200℃以上羥基會脫去，所以硅膠的活化溫度應低于200℃極性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能與硅膠表面的羥基生成氫鍵，吸附力很強。對極性高的分子如芳香烴不飽和烴等的吸附能力次之。對飽和烴、環(huán)烷烴等只有色散力的作用，吸附力最弱。硅膠常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離烷烴與烯烴、烷烴與芳烴，同時硅膠也是常用的色譜柱填充材料。（3）硅膠（SiO2·nH2O）目前二十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前二十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，本質是含水的無定形SiO2，并含有少量Fe2O3、MgO、Al2O3及有機雜質，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，優(yōu)質的呈白色，質軟，多孔而輕。在80~100℃下，將天然白土用濃度為20~40%的硫酸處理后，即得活性白土。活性白土的化學組成隨所用粘土原料和活化條件不同而有很大的差異，但一般認為其吸附能力與化學組成無關。市售活性白土有粉末狀和顆粒狀兩種規(guī)格。硅藻土的多孔結構使它成為一種良好吸附劑，在食品、化工生產中常用來作助濾劑及脫色劑。（4）硅藻土目前二十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（5）羥基磷灰石（磷酸鈣）在無機吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活性高分子物質（如蛋白質、核酸）的分離的吸附劑。羥基磷灰石主要適用于蛋白質的層析分離，也適用于較小的核酸，如轉移RNA的分離。用0.5mol/LCaCl2加0.5mol/L磷酸二鈉鹽，在室溫下反應，得到滿意的流速的磷酸鈣。CaHPO4.2H2O在pH7以上，慢慢變?yōu)榱u基磷灰石，即Ca5(PO4)3OH放出H3PO4。吸附性質：Ca2+與蛋白質負電荷基團的靜電吸附作用。目前二十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點00

沸石分子篩是一種人工合成的高選擇性吸附劑，其主要成分為SiO2和Al2O3等組成的結晶硅鋁酸鹽。分子篩的晶體中有許多空穴，空穴之間有許多直徑相同的微孔相連。吸附時，比孔徑小的分子，可通過微孔進入孔穴，并吸附于孔穴的內表面上；而比孔徑大的分子則不能進入微孔，從而將分子直徑大小不同的混合物分離開來，起到篩分分子的目的，故稱為分子篩。

分子篩具有按分子大小選擇吸附的優(yōu)點，因而在制藥化工生產中常用它來分離混合物。（6）沸石分子篩目前三十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前所使用的分子篩品種達100多種,工業(yè)上最常用的分子篩有A型、X型、Y型、L型、絲光沸石和ZSM系列沸石?？讖綖?.3~1.0nm，比表面積為600~1000m2/g。分子篩的特性是優(yōu)先吸附不飽和分子、極性分子以及易極化分子;對極性分子如H2O、CO2、H2S和其他類似物質有很強的親和力,而與有機物的親和力較弱。在吸附質濃度很低或濕度較高的情況下仍具有很強的吸附能力。廣泛應用于氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離和回收等。

目前三十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前三十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（a）A型（b）X型兩種常用分子篩的結構目前三十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點指的是一類高分子聚合物。常用的有聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸酯樹脂等。吸附樹脂品種很多，單體的變化和單體上官能團的變化可賦予樹脂以各種特殊的性能。吸附樹脂可分為非極性、中極性、極性及強極性四類。（7）吸附樹脂1)組成結構：有機高分子聚合物的多孔網狀結構2)特點：選擇性好；解吸容易；機械強度好；流體阻力較??；價格高3）類型：非極性吸附劑——芳香族（苯乙烯等）中等極性吸附劑——脂肪族（甲基丙烯酸酯等）極性吸附劑——含硫氧、酰氨、氮氧等基團目前三十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點樹脂的網絡骨架目前三十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前三十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前三十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前三十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點在以吸附樹脂為吸附劑的分離過程中，樹脂骨架與吸附質的分子之間并未發(fā)生離子交換，而是產生了吸附作用。此時吸附樹脂的性質與活性炭、硅膠等吸附劑的性質相似。吸附樹脂的比表面積可達3×105~5×105m2/kg，且有良好的選擇性和機械強度，解吸也較為容易，并可反復使用。

目前三十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（1）非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質（2）高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質（3）中等極性吸附劑對兩種情況均有吸附能力（4）水溶液中，同族化合物分子量大，極性弱易吸附（5）無機鹽促進吸附大孔吸附樹脂吸附規(guī)律目前四十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點大孔吸附樹脂解吸規(guī)律（1)水溶液用低級醇，酮或其水溶液解吸（a溶脹聚合物，b溶解吸附物，減弱溶質與吸附劑間作用力）（2）弱酸性物質用堿解吸（成鹽）（3）弱堿性物用酸解吸（成鹽）（4）高鹽吸附時用水解吸（降低離子強度，降低吸附量）（5）易揮發(fā)溶質用熱水或蒸汽解吸目前四十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點大孔吸附樹脂的應用抗生素分離純化（再生容易、產品灰分少）β—內酰胺類、大環(huán)內酯類、氨基糖貳類、肽類、博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素維生素的提取純化VB12，VB2，VC天然產物的分離生物堿，黃酮，多糖，苷類生化藥物酶、氨基酸、蛋白質、肽，甾體目前四十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

大孔吸附樹脂廣泛應用于制藥及天然植物中活性成分如皂甙、黃酮、內脂、生物堿等大分子化合物的提取分離。對人參皂甙、三七皂甙、絞股蘭皂甙、薯蕷皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、銀杏黃酮內脂，山楂黃酮、黃芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黃酮、大豆異黃酮、茶多酚、洋地黃強心甙、麻黃精粉、柚甙、毛冬青黃酮甙、紅豆杉生物堿、多種天然色素、中藥復方藥物提取等以及生物化學制品的凈化、分離、回收都有良好的效果。并在抗生素、維生素、氨基酸、蛋白質提純、生化制藥方面有很廣泛的應用。目前四十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點下圖比較了幾種吸附劑的脫水性能。活性氧化鋁的吸附容量在水蒸氣分壓高的范圍內是較高的,而沸石分子篩在低水蒸氣分壓下具有較高的吸附容量。如果要求水蒸氣的脫除程度高,應選擇分子篩吸附劑,而如果吸附容量更重要些,則選擇活性氧化鋁吸附劑。也可以采用混合吸附劑或兩種吸附劑串聯(lián)操作,例如首先用氧化鋁進行原料中大部分水的脫除,之后用分子篩進行深度干燥。活化條件分子篩:350℃,<1.3Pa活性氧化鋁:350℃,<1.3Pa硅膠:175℃,<1.3Pa目前四十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前四十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（１）孔徑適當?shù)目讖接欣谌苜|在孔隙中的擴散，提高吸附容量和吸附操作速度（２）比表面積：每克吸附劑所具有的表面積孔徑越大，比表面積越小。比表面積越大，吸附量越大，反之，越小。

增加比表面積的方法：a.粉碎成小顆粒b.吸附劑的活化

吸附劑性能的評價目前四十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點影響吸附過程的因素（1）吸附劑的特性（比表面積、粒度、極性大小、活化條件）（2）吸附物的性質（極性大小、分子量）（3）吸附的條件

pH（對蛋白等兩性物質在PI附近吸附量最大）溫度（對蛋白分子，一般認為T↑吸附量↑，考慮到穩(wěn)定性,通常在0℃or室溫操作）

鹽濃度（影響復雜，阻止or促進吸附）（4）吸附物濃度與吸附劑用量（吸附物濃度↑，吸附量↑，吸附法純化蛋白時，要求濃度<1%,以增強選擇性,吸附劑用量↑，吸附物總量↑，但過量吸附劑導致成本↑，選擇性↓）目前四十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點再生：指在吸附劑本身結構不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將被吸附的物質，從吸附劑的細孔中除去，以達到能夠重復使用的目的。1）加熱再生法：分為高溫再生和低溫再生；一般采用高溫再生。2）脫水（活性炭與液體分離）－干燥（100－150度）－炭化（300－700度）－活化（用蒸汽）－冷卻3）藥劑再生法：酸堿、有機溶劑

4）化學氧化法：濕式氧化、臭氧

5）生物再生法：利用微生物作用

三、吸附劑的再生目前四十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

熱再生法是通過加熱的方法，使吸附質從吸附劑上脫附出來，從而達到使吸附劑再生的目的，它是目前應用最為廣泛的再生方法。實際生產中，熱再生法常以高溫水蒸氣或惰性氣體作為加熱介質，使用時應特別注意吸附劑的熱穩(wěn)定性。

熱再生法可分解多種吸附質，且對吸附質基本沒有選擇性，具有應用范圍廣、再生效率高、再生時間短等特點，是目前吸附劑再生的主要方法。缺點是能耗、投資和運行費用較高。吸附劑的再生——熱再生法目前四十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點溶劑再生法一般通過以下兩種途徑來實現(xiàn)。

一是使加入的溶劑與吸附質發(fā)生反應，生成易溶物質，然后對吸附劑進行洗滌即可達到再生目的。例如，處理過含酚廢水的活性炭，可用NaOH溶液進行脫附，這是因為活性炭所吸附的酚可與溶液中的NaOH發(fā)生化學反應而生成易溶的酚鈉，將活性炭用NaOH溶液多次洗滌后即可達到再生的目的。吸附劑的再生——溶劑再生法目前五十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

二是直接將吸附質從吸附劑上置換出來，從而達到使吸附劑再生的目的。例如，與水溶液相比，當分別采用甲醇、乙醇或丙酮作為溶劑時，活性炭對苯酚的平衡吸附量均顯著下降。因此，處理過含酚廢水的活性炭可以用甲醇、乙醇或丙酮為溶劑，使活性炭所吸附的部分苯酚脫附出來，從而達到使活性炭再生的目的。吸附劑的再生——溶劑再生法目前五十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附劑的再生——溶劑再生法不同溶劑中，活性炭與苯酚之間的吸附平衡關系溶劑再生法適用于可逆吸附，常用于高濃度、低沸點有機廢水的處理。但溶劑再生法的針對性較強，往往一種溶劑只能脫附某些吸附質，因而對于特定的溶劑，其應用范圍較窄。目前五十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

生物再生法是利用微生物的作用，將吸附劑表面所吸附的有機物，氧化分解成CO2和H2O的過程。生物再生法設備和工藝均比較簡單，因而投資和運行費用較低。但生物再生法對吸附質具有一定選擇性，只能用于可生物降解的吸附質。由于有機物氧化速度緩慢，故所需時間較長。且在降解過程中一般不能將所有的有機物徹底分解成CO2和H2O，其中間產物仍殘留在活性炭上，積累于微孔中，多次循環(huán)后再生效率會明顯降低，因而限制了生物再生法的工業(yè)化應用。吸附劑的再生——生物再生法目前五十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

氧化分解再生法是利用氧化劑將吸附劑表面所吸附的各種有機物氧化分解成小分子，從而達到使吸附劑再生的目的。常用的氧化劑有Cl2、KMnO4、O3、H2O2和空氣等，常用方法主要是濕式氧化法。此外，還有電化學再生法等。

濕式氧化法是在高溫和中壓的條件下，以氧氣或空氣作為氧化劑，將吸附劑表面所吸附的有機物氧化分解成小分子的一種再生方法，該法具有再生時間短，再生效率穩(wěn)定等優(yōu)點，但對于某些難降解的有機物，可能會產生毒性較大的中間產物。吸附劑的再生——氧化分解再生法目前五十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

電化學再生法也屬于氧化分解再生法，是一種新型的活性炭再生技術。該法是將活性炭填充于兩個電極之間，然后對電解液施加直流電場，使活性炭在電場作用下發(fā)生極化，一端成為陽極，另一端成為陰極，在陰極和陽極部位分別發(fā)生還原反應和氧化反應，從而使吸附于活性炭上的污染物大部分分解。該法操作方便且效率高、能耗低，其處理對象所受局限性較小，若處理工藝完善，可以避免二次污染。吸附劑的再生——氧化分解再生法目前五十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點四、吸附平衡理論

一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的吸附質被吸附劑吸附，經足夠長時間后，吸附質在兩相中的含量不再改變，即吸附質在流體和吸附劑上的分配達到一種動態(tài)平衡，稱為吸附平衡。

相同條件下，流體中吸附質的濃度高于平衡濃度時，吸附質將被吸附；反之，流體中吸附質濃度低于平衡濃度時，吸附劑上已吸附的吸附質將解吸進入流體相，直到達到新的吸附平衡?？梢姡狡胶鉀Q定著吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。目前五十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附平衡的常用表示方法有兩種：（1）吸附質在流體中的濃度（液體）或分壓（氣體）；（2）吸附劑上吸附的吸附質的量，克（或摩爾）吸附質／克（或表面積）吸附劑。目前五十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點1.蘭繆爾（Langmuir）公式1）二個假設：吸附活性中心間各自獨立每一個吸附活性中心只吸附一個分子2）推導：

吸附速度=K1（m∞

－m)C,解吸速度=K2

m

當達到平衡時，K1（m∞－m)C=K2m

m∞bCK1m=————其中b=—1+bCK2目前五十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點m∞bC

m=————1+bC當溶液濃度很稀時，1+bC≈1，m=m∞bC當溶液濃度很高時，1+bC≈bC，m=m∞

當溶液濃度適中時，

m=KC1/n其中n＞1

此為弗羅德利希（Freundlich）公式目前五十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

目前尚沒有成熟的理論來估計流體－固體之間的吸附平衡關系。因此，需要對特定的物系實驗測定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上吸附質的吸附量與流體中吸附質濃度或分壓的關系曲線，這種曲線稱為吸附等溫線。另外，在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關系曲線稱為吸附等壓線；在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關系曲線稱為吸附等容線。應用最廣的是吸附等溫線。目前六十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點由吸附等溫線可知,在同一溫度下,吸附質在吸附劑上的吸附量隨氣相中吸附質的分壓的升高而增加?？梢娫跍囟纫欢〞r,加壓有利于吸附質的吸附,降壓有利于吸附質的解吸。目前六十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點純組分氣體吸附平衡Brunauer的五種類型的純氣體物理吸附等溫線目前六十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點Langmuir吸附等溫線(I型)假設表面處處均一(所有吸附位點在能量上完全相同)單分子層吸附(沒有多層吸附)被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用Inadp/p0pQ目前六十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前六十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點五、吸附動力學與傳質(1)吸附機理

吸附質在吸附劑多孔表面上被吸附的過程分為下列三步：

1)吸附質從流體主體通過分子與對流擴散穿過薄膜或邊界層傳遞到吸附劑的外表面，稱之為外擴散過程。

2)吸附質通過孔擴散從吸附劑的外表面?zhèn)鬟f到微孔結構的內表面，稱為內擴散過程。

3)吸附質沿孔的表面進行擴散，被吸附在孔表面上。目前六十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附機理目前六十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

整個吸附傳質過程的速率由上述三個串聯(lián)過程的速率共同決定。一般情況下，表面吸附速度很快，該過程幾乎可在瞬間完成，因此整個吸附傳質過程的速率主要由外擴散或內擴散來控制。吸附傳質原理目前六十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

吸附速率可用單位質量的吸附劑在單位時間內所吸附的吸附質的量來表示。

在吸附過程中，若內擴散的傳質速度很快，則傳質阻力主要集中于外擴散，吸附過程為外擴散控制。反之，若外擴散的傳質速度很快，則傳質阻力主要集中于內擴散，吸附過程為內擴散控制。吸附速率目前六十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附解吸多孔吸附劑中流體的濃度分布和溫度分布目前六十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點外擴散傳質過程吸附質從流體主體對流擴散到吸附劑顆粒外表面的傳質速率方程為：相應的傳熱方程為：目前七十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點內擴散傳質過程吸附質在微孔中的擴散有兩種形式-沿孔截面的擴散和沿孔表面的表面擴散。前者根據(jù)孔徑和吸附分子平均自由程之間大小的關系又有三種情況：分子擴散、紐特遜擴散和介于這兩種情況之間的擴散。當微孔表面吸附有吸附質時，沿孔口向里的表面上存在著吸附質的濃度梯度，吸附質可以沿孔表面向顆粒內部擴散，稱為表面擴散。在吸附劑顆粒的微孔中進行傳質的數(shù)學模型很類似于在多孔催化劑顆粒中的催化反應。(略)目前七十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點六、吸附分離過程

根據(jù)待分離物系中各組分的性質和過程的分離要求(如純度、回收率、能耗等)，在選擇適當?shù)奈絼┖徒馕鼊┗A上，采用相應的工藝過程和設備。常用的吸附分離設備有：

吸附攪拌釜固定床吸附器移動床流化床目前七十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點工業(yè)吸附過程通常包括兩個步驟:①、將流體與吸附劑接觸,吸附質被吸附劑吸附后與其他流體分開,此過程為吸附操作;②、吸附質從吸附劑上解吸出來,使吸附劑得到再生。若吸附劑不需再生,則此步驟改為吸附劑的更新。目前七十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點接觸過濾式吸附過程一般在帶有攪拌器的吸附槽中進行。操作時，首先將原料液加入吸附槽，然后在攪拌狀態(tài)下加入吸附劑。在攪拌器的作用下，槽內液體呈強烈湍動狀態(tài)，而吸附質則懸浮于溶液中。當吸附過程接近吸附平衡時，通過過濾裝置將吸附劑從溶液中分離出來。接觸過濾式吸附過程屬間歇操作過程，常用于溶質的吸附能力很強，且溶液的濃度很低的吸附過程，以回收其中少量的溶解物質或除去某些雜質等。（一）槽式攪拌吸附—接觸過濾式目前七十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點槽式攪拌吸附

槽式吸附操作適用于外擴散控制的吸附傳質過程。使用攪拌使溶液呈湍流狀態(tài)，顆粒外表面的膜阻力較少。用于液體的精制，如脫水、脫色和脫臭等。

吸附劑用量S確定:物料平衡吸附相平衡L：一批投入的液體量l，co、c：分別為液體中開始和終止時吸附質的濃度kg/l,S：所需投入的平衡吸附劑量，kg。

CoCt=0t=t目前七十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點固定床吸附過程是最為典型的吸附過程之一，在制藥化工生產中有著廣泛的應用。將顆粒狀的吸附劑以一定的填充方式充滿圓筒形容器，即構成固定床，操作時，含有吸附質的液體或氣體以一定的流速流過吸附劑床層，進行動態(tài)吸附。當床層內的吸附劑接近或達到飽和時，吸附過程停止，隨后對床層內的吸附劑進行再生，再生完成后，即可進行下一循環(huán)的吸附操作?？梢姡潭ù参竭^程也是一種間歇操作過程。（二）固定床吸附目前七十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點當含吸附質的流體自上而下連續(xù)流過床層時，其中的吸附質被吸附劑所吸附。若吸附過程不存在傳質阻力，則吸附速度為無限大，因而進入床層的吸附質可在瞬間被吸附劑所吸附，此時床層內的吸附質象活塞一樣向下移動。吸附過程——固定床圖10-6固定床吸附器1-壓圈；2-吸附劑；3-筒體；4-支承板目前七十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點由于實際吸附過程存在傳質阻力，因而吸附平衡不可能瞬間達成，此時將在床層的入口處形成如圖10-7(a)所示的傳質區(qū)。在吸附傳質區(qū)內，吸附質濃度由初始濃度C0沿流動方向逐漸下降。吸附過程傳質區(qū)又稱為吸附前沿，所占的床層高度又稱為傳質區(qū)高度。傳質區(qū)以下的區(qū)域為新鮮的吸附劑，稱為未用區(qū)。吸附過程——固定床目前七十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附過程——固定床（a）（b）（c）（d）圖10-7固定床吸附過程示意圖目前七十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點當流體連續(xù)流過床層時，某時刻床層內的吸附質濃度沿床層高度變化的曲線，稱為吸附負荷曲線，如圖10-8所示。吸附過程——固定床圖10-8吸附負荷曲線目前八十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附器出口流體中的吸附質濃度隨時間而變化的曲線稱為透過曲線，如圖10-9所示。吸附過程——固定床圖10-9固定床吸附器的透過曲線目前八十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點傳質區(qū)形成之后，將沿流體的流動方向不斷下移。由于吸附劑不斷地吸附，床層上部的一段吸附劑將達到飽和，即吸附過程達到動態(tài)平衡。此時，整個固定床吸附器自上而下被分為三個區(qū)域，即上部的飽和區(qū)、中部的傳質區(qū)和下部的未用區(qū)，如圖10-7(b)所示。傳質區(qū)形成后，若流體的流速保持不變，則傳質區(qū)將以恒定的速度向前推進，且高度亦保持不變，如圖10-10所示。吸附過程——固定床目前八十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

吸附過程——固定床圖10-10固定床內傳質區(qū)的移動目前八十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點隨著吸附過程的進行，傳質區(qū)將不斷向前移動，因而飽和區(qū)將逐漸擴大，未用區(qū)將逐漸縮小。經過一定的時間后，傳質區(qū)的前端將到達床層的出口，此時出口流體中的吸附質濃度開始突然上升，該點稱為穿透點，如圖10-9中的B點所示。穿透點所對應的吸附質濃度和吸附時間分別稱為穿透濃度和穿透時間。隨著時間的推移，出口流體中的吸附質濃度不斷上升，直至與進口流體中的濃度完全相同。此時，傳質區(qū)離開床層，整個床層均成為飽和區(qū)，已失去吸附能力，需進行再生操作。吸附過程——固定床目前八十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點固定床吸附是吸附分離操作中常采用的設備.固定床吸附設備目前八十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點

在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內，吸附時固定不動，水流穿過吸附劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降流式兩種。

降流式固定床吸附出水水質好，但損失較大，特別在處理含懸浮物較多的污水時，需定期進行反沖洗，有時還需在吸附劑層上部設表面沖洗設備。

目前八十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點固定床吸附操作穿透曲線：吸附過程中吸附塔出口溶質濃度的變化曲線。穿透點：出口處溶質濃度開始上升的點稱為穿透點。穿透時間：達到穿透點所用的操作時間。目前八十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點吸附帶(濃度波):吸附柱中液相(或固相)溶質濃度從c0(或q0)到0的分布區(qū)域.傳質區(qū):吸附帶內溶質濃度不斷變化,液固之間尚未達到吸附平衡,存在傳質現(xiàn)象,吸附帶所覆蓋的區(qū)域.目前八十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點固定床吸附過程一、固定床吸附器右圖是典型的兩個吸附器輪流操作的流程圖。它是一個原料氣的干燥過程，當干燥器A在操作時，原料氣由下方通入(通干燥器B的閥關閉)，經干燥后的原料氣從頂部出口排出。與此同時，干燥器B處于再生階段。再生用氣體經加熱器加熱至要求的溫度。從頂部進入干燥器B(通干燥器A的閥關閉)，再生氣攜帶從吸附劑上脫附的水分從干燥器底部排出，經冷卻器使再生氣降溫，水氣結成水分離出去，再生氣可循環(huán)使用。固定床吸附器流程示意圖目前八十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點二、固定床吸附器的經驗計算法1、吸附劑用量2、D、H三、吸附負荷曲線和透過曲線吸附負荷曲線與穿透曲線成鏡面相似，即從穿透曲線的形狀可以推知吸附負荷曲線。對吸附速度高而吸附傳質區(qū)短的吸附過程，其吸附荷曲線與穿透曲線均陡些。目前九十頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點橫坐標：床層距進口操作時間端的距離縱坐標：床層吸附劑流出物中吸附的負荷質的濃度吸附操作分析分析吸附劑分析流出物吸附負荷線透過曲線xzcdba(1)利用率(2)阻力=0，速率=無窮大，傳質速率阻力利用率達到破點的時間目前九十一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（1）固定床吸附器的優(yōu)點是：結構簡單，造價低，吸附劑磨損少。（2）固定床吸附器的缺點是：

間歇操作，吸附和再生兩過程必須周期性更換，這樣不但需有備用設備，而且要較多的進、出口閥門，操作十分麻煩，為大型化，自動化帶來困難。即使實現(xiàn)操作自動化，控制的程序也是比較復雜的。

其次，在吸附器內為了保證產品的質量，床層要有一定的富余，需要放置多于實際需要的吸附劑，使吸附劑耗用量增加。

除此之外，再生時需加熱升溫，吸附時放出吸附熱，不但熱量不能利用，而且由于靜止的吸附床層導熱性差，對床層的熱量輸入和導出均不容易，因此容易出現(xiàn)床層局部過熱現(xiàn)象而影響吸附。加熱再生后還需冷卻也延長了再生時間。固定床吸附器的特點是：非定態(tài)傳質過程。目前九十二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點固定床吸附操作—多柱串聯(lián)吸附操作1234料液洗脫液再生吸附質(a)1234料液洗脫液再生吸附質(b)1234料液洗脫液再生吸附質(c)操作順序:(a)(b)(c)目前九十三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點多柱串聯(lián)固定床吸附操作的特點優(yōu)點:─整個進料過程中進料(吸附)從未間斷,屬于半連續(xù)操作─流體流動更接近平推流,反混小,吸附效率高缺點:─無法處理含顆粒的料液，因會堵塞床層，造成壓力降增大而最終使操作無法進行。目前九十四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（三）移動床吸附固體吸附劑在塔內自上而下移動,到塔底出去后經塔外提升器提升至塔頂循環(huán)使用。液體用泵壓送,在塔內自下而上流動,與固體物料逆流接觸。移動床較固定床能充分利用床層吸附容量，出水水質良好，且水頭損失較小。由于料液從塔底進入，水中夾帶的懸浮物隨飽和炭排出，因而不需要反沖洗設備，對料液預處理要求較低，操作管理方便。目前較大規(guī)模廢水處理時多采用這種操作方式。

目前九十五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點移動床吸附理論

固定床吸附分離設備是間歇操作，設備結構簡單，操作易于掌握，有一定的可靠性，常被中、小型生產裝置所采用。但固定床切換頻繁，是不穩(wěn)定操作，產品質量會受到一定影響，而且生產能力小，吸附劑用量大，因此，如何使間歇操作過渡到連續(xù)操作，以便大型化及自動化，成為化工生產的方向。

移動吸附床中流體或固體可以連續(xù)而均勻地在移動床吸附器中移動，穩(wěn)定地輸入和輸出。同時使流體與固體兩相接觸良好，不致發(fā)生局部不均勻的現(xiàn)象。在移動床吸附器中，由于固體吸附劑連續(xù)運動，使流體及吸附劑兩相均以恒定的速度通過設備，任一斷面上的組成都不隨時間而變，即操作是連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。為了達到許多理論級的分離，故采用逆流操作。因為如果采用兩相并流，則最好的結果只能是流出的兩股流體之間達到平衡，只相當于一個理論級。缺點：吸附劑的磨損;固相出口易堵塞，固相的移動操作有一定難度。目前九十六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點模擬移動床（simulatedmovingbed,SMB）

固相本身不移動，而是通過移動切換液相（料液和洗脫液）的入口和出口，從而產生移動床的分離效果，使液固逆流接觸的吸附分離方法。

這種設備的分離效率和生產能力高于固定床吸附設備，又避免了移動床吸附劑磨損、粉塵堵塞和溝流現(xiàn)象?；谀M移動床原理目前九十七頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點料液從床層中部連續(xù)輸入固相自下向上移動吸附質連續(xù)排出非吸附質連續(xù)排出吸附質洗脫回收和吸附劑再生段由12個固定床構成的模擬移動床某一時刻的操作狀態(tài)b1以后的操作狀態(tài)從b1到b2液相的入口和出口分別向下移動一個床位,相當于液相的入\出口不變,而固相向上移動一個床位,形成液固逆流接觸操作目前九十八頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點目前九十九頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點模擬移動床目前一百頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（四）流化床吸附流化床操作控制要求高，為防止吸附劑全塔混層，以充分利用吸附容量并保證處理效果，塔內吸附劑采用分層流化。所需層數(shù)根據(jù)吸附劑的靜活性、原水水質水量等決定。

流化床：使流體自下而上流動，流體的流速控制在一定的范圍，保證吸附劑顆粒被托起，但不被帶出，處于流態(tài)化狀態(tài)進行的吸附操作。

生產能力大，但吸附劑顆粒磨損程度嚴重，操作范圍變窄。目前一百零一頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點優(yōu)點壓降小，可處理高粘度或含固體微粒的粗料液。無需特殊的吸附劑，設備操作簡便。易連續(xù)化。缺點床內固相和液相的返混劇烈，特別是高徑比較小的流化床。使床層理論塔板數(shù)降低,吸附劑利用效率降低(遠低于固定床和膨脹床)。流化床吸附操作的特點目前一百零二頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點流化床－移動床聯(lián)合吸附操作

目前一百零三頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點（五）膨脹床吸附膨脹床是液固相返混程度較低的液固流化床，是一種特殊形式的流化床，兼具固定床和流化床的優(yōu)點,并避免二者的缺陷。膨脹床是發(fā)展中的吸附分離技術．在蛋白質類生物大分子的單步純化分離過程有著誘人的開發(fā)潛力．目前一百零四頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點兼有固定床和流化床的優(yōu)點。流化的固相介質基本可以懸浮在床內的固定位置，流體流動狀態(tài)以平推流的方式流經床層。液固兩相軸向混合程度較低,目標物的吸附效率高。集料液澄清、目標產物濃縮和分離純化為一體的生物集成分離技術。特點固相分級特性

膨脹床中固相介質按各自終端速率的不同，沿膨脹床的軸向方向出現(xiàn)一定的分布。終端速度大(或高密度)的大粒子主要集中在床層的底部，終端速度小的小粒徑粒子主要集中在床層的頂部。這種規(guī)律性分級是固定床穩(wěn)定的基礎。目前一百零五頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點膨脹床吸附操作的優(yōu)點

─與流化床相比,液固相反混程度較低,吸附效率較高。

─與固定床相比,床層空隙率高,可使菌體細胞或細胞碎片自由通過.可直接處理菌體發(fā)酵液或細胞勻漿液。膨脹床吸附操作集料液澄清，目標產物濃縮和分離純化為一體，可節(jié)省離心或過濾等預處理過程，提高目標產物收率，降低分離純化過程成本。

目前一百零六頁\總數(shù)一百一十六頁\編于二十點膨脹床吸附介質磁性粒子具有一定的密度分布和粒徑分布的吸附劑固定床吸附介質應滿足:1.吸附劑的尺寸和密度應保證其終端速率與料液中需除去的固形顆粒間有明顯的差異.2.應具有良好的孔道結構,不易被料液中的脂類,核酸和蛋白質等生物物質污染.3.應具有活性基團,可以修飾吸附目標產物的