常用極性、非極性吸附劑

【求助】常用極性、非極性吸附劑!作者：wzhahassxmc收錄日期：2009-12-28發(fā)布日期：2009-12-28§§§Q吸附劑很多，請大家提供下常用的性能好的極性吸附劑有哪些、非極性吸附劑有哪些，微觀的吸附原理是什么？希望能把原理寫明白，謝謝！作者：li2004雖然吸附現象早已為人們發(fā)現和熟知，但是作為工業(yè)上應用則是近幾十年的事情。從理論上講，固體物質的表面對于流體都具有一定的物理吸附作用，但要達到工業(yè)上的使用要求，還需要有一個選擇與評價的問題，這是吸附操作中首先要解決的問題。對工業(yè)吸附劑的要求要有巨大的內表面積和大的孔隙率也就是說，吸附劑必須是具有高度疏松結構和巨大暴露表面的多孔物質。只有這樣，才能給吸附提供很大的表面。吸附劑的有效表面包括顆粒的外表面和內表面，而內表面總是比外表面大得多，例如硅膠的內表面高達600m2/g，活性炭的內表面可高達1000m2/g。這些內部孔道通常都很小，有的寬度只有幾個分子的直徑，但數量極大，這是由吸附劑的孔隙率決定的。因此，要求吸附劑要有很大的孔隙率。除此之外，還要求吸附劑具有合適的孔隙和分布合理的孔徑，以便吸附質分子能到達所有的內表面而被吸附。對不同的氣體要具有選擇性的吸附作用工業(yè)上應用吸附劑的目的，就是為了對某些氣體組分有選擇地吸附，從而達到分離氣體混合物的目的。因此要求所選的吸附劑對所要吸附的氣體具有很高的選擇性。例如活性炭吸附二氧化硫(或氨)的能力，遠大于吸附空氣的能力，故活性炭能從空氣與二氧化硫(或氨)的混合氣體中優(yōu)先吸附二氧化硫(或氨)，達到凈化廢氣的目的。吸附容量要大吸附劑的吸附容量是指一定溫度下，對于一定的吸附質濃度，單位質量(或體積)的吸附劑所能吸附的最大吸附質質量。吸附容量大小的影響因素很多，它包括吸附劑的表面大小，孔隙率大小和孔徑分布的合理性，還與分子的極性以及吸附劑分子上官能團的性質有關。要有足夠的機械強度和熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性吸附劑是在濕度、溫度和壓力條件變化的情況下工作的，這就要求吸附劑有足夠的機械強度和熱穩(wěn)定性，對于用來吸附腐蝕性氣體時，還要求吸附劑有較高的化學穩(wěn)定性。當采用流化床吸附裝置時，對吸附劑的機械強度要求更高，主要原因是在流化狀態(tài)下運行，吸附劑的磨損大。顆粒度要適中而且均勻用于固定床時，若顆粒太大且不均勻，易造成氣路短路和氣流分布不均，引起氣流返混，氣體在床層中停留時間短，降低吸附分離效果。如果顆粒太小，床層阻力過大，嚴重時會將吸附劑帶出器外。其他要求吸附劑有再生能力，以延長其使用壽命。另外，要求吸附劑易再生和活化，且制造簡便，價廉易得。常用工業(yè)吸附劑目前工業(yè)上常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠和分子篩等。活性炭活性炭是許多具有吸附性能的碳基物質的總稱，木炭可以被認為是一種吸附能力很低的活性炭。活性炭的原料是幾乎所有的含碳物質。如煤、木材、骨頭、果核、堅硬的果殼以及廢紙漿、廢樹脂等，將這些含碳物質在低于878K下進行炭化，再用水蒸氣或熱空氣進行活化處理。還有用氯化鋅、氯化鎂、氯化鈣、磷酸來代替熱蒸汽作活化劑的?；钚蕴拷涍^活化處理，比表面積一般可達700?1000m2/g，具有優(yōu)異和廣泛的吸附能力。炭分子篩是新近開發(fā)的一種孔徑均一的分子篩型活性炭新品種，孔徑一般在100nm以下，具有良好的選擇吸附能力。普通活性炭又分為顆粒狀活性炭(粒炭)和粉狀活性炭(粉炭)，氣體吸附多用粒炭，因其阻力小，而粉炭多用于液體的脫色處理?；钚蕴渴且环N非極性吸附劑，具有疏水性和親有機物質的性質，它能吸附絕大部分有機氣體，如苯類，醛酮類、醇類、烴類等以及惡臭物質，因此，活性炭常被用來吸附和回收有機溶劑和處理惡臭物質。同時由于活性炭的孔徑范圍寬，即使對一些極性吸附質和一些特大分子的有機物質，仍然表現出它的優(yōu)良的吸附能力，如在SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害氣體治理中，有著廣泛的用途。因此，在吸附操作中，活性炭是一種首選的優(yōu)良吸附劑。近年來出現的纖維活性炭，是一種新型的高性能活性炭吸附材料。它是利用超細纖維如黏膠絲、酚醛纖維或腈綸纖維等制成氈狀、繩狀、布狀等，經高溫(1200K以上)炭化，用水蒸氣活化后形成的。纖維活性炭的表面積大，有的可高達1700m2/g，密度小(5?15kg/m3)，微孔多而均勻。普通顆?；钚蕴靠讖讲痪唬】淄?，還有0.01?0.川m的中孔和0.5?5^m的大孔，而纖維活性炭不但孔隙率較大，而且孔徑比較均一，絕大多數為0.0015?0.003pm的小孔和中孔，因而吸附容量大，而且，由于纖維活性炭的微孔直接通向外表面，吸附質分子內擴散距離較短，所以吸附和脫附速率高，殘留量少，因而使用壽命長。正是由于纖維活性炭具有這些結構特征，對各種無機和有機氣體、水溶液中的有機物、重金屬離子等具有較大的吸附容量和較快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高出1?10倍，特別是對于一些惡臭物質的吸附量比顆粒活性炭要高40倍左右。活性氧化鋁活性氧化鋁是將含水氧化鋁(如鋁土礦)在嚴格控制的加熱速率下于773K加熱制成的多孔結構的活性物質。根據結品構造，氧化鋁可分為a型和y型。具有吸附活性的主要是Y型，尤其是含一定結品水的Y-氧化鋁，吸附活性很高。品格類型的形成主要取決于焙燒溫度，若三水鋁石在773?873K溫度下焙燒，所得氧化鋁即為含有結品水的Y型活性氧化鋁，溫度超過1173K，開始變成a型氧化鋁，吸附性能急劇下降?；钚匝趸X是一種極性吸附劑，無毒，對水的吸附容量很大，常用于高濕度氣體的吸濕和干燥。它還用于多種氣態(tài)污染物，如SO2、H2S、含氟廢氣、NOx以及氣態(tài)碳氫化合物等廢氣的凈化?；钚匝趸X機械強度好，可在移動床中使用，并可作催化劑的載體。而且它對多數氣體和蒸氣是穩(wěn)定的，浸入水或液體中不會溶脹或破碎。循環(huán)使用后其性能變化很小，因此使用壽命長?；钚匝趸X常用作催化劑的載體。硅膠將水玻璃(硅酸鈉)溶液用無機酸處理后所得凝膠，經老化、水洗去鹽，于398?408K下干燥脫水，即得到堅硬多孔的固體顆粒硅膠。硅膠是一種無定形鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物，其分子式為SiO2?nH2O。硅膠的孔徑分布均勻，親水性極強，吸收空氣中的水分可達自身質量的50%，同時放出大量的熱，使其容易破碎。硅膠在應用上有很大一部分是用作吸濕劑(干燥劑)，在用作干燥劑時常加入氯化鉆或漠化銅，以指示吸濕程度。硅膠是一種極性吸附劑，可以用來吸附SO2、NOx等氣體，但難于吸附非極性的有機物。硅膠還可用作催化劑的載體。其主要物理性質見表15—1。沸石分子篩分子篩自1756年從自然界發(fā)現到現在已陸續(xù)發(fā)現36種之多。這種天然分子篩是一種結品的鋁硅酸鹽，因將其加熱熔融時可起泡“沸騰”，因此又稱沸石或泡沸石，又因其內部微孔能篩分大小不一的分子，故又名分子篩或沸石分子篩。目前人工合成的沸石分子篩已超過百種。最常用的有A型、X型、Y型、M型和ZSM型等。沸石分子篩具有多孔骨架結構，其化學通式為，其中Me主要是K+、Na+、Ca2+等金屬陽離子，x/n為價數為n的可交換金屬陽離子Me的個數，m是結品水的分子數。分子篩在結構上有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的洞穴，這些洞穴由孔道連接。洞穴不但提供了很大的比表面積，而且它只允許直徑比其孔徑小的分子進入，從而對大小及形狀不同的分子進行篩分。根據孔徑大小不同和SiO2與A12O3分子比不同，分子篩有不同的型號。如3A（鉀A型）、4A（鈉A型）、5A（鈣A型）、10X（鈣X型）、13X（鈉X型）、Y（鈉Y型）、鈉絲光滑石型等。分子篩與其他吸附劑相比有以下優(yōu)點。吸附選擇性強。這是由于分子篩的孔徑大小整齊均一，又是一種離子型吸附劑。因此它能根據分子的大小及極性的不同進行選擇性吸附。如它可有效地從飽和碳氫化合物中把乙烯、丙烯除去，還可有效地把乙炔從乙烯中除去，這一點是由它的強極性決定的。吸附能力強。即使氣體的組成濃度很低，仍然具有較大的吸附能力。在較高的溫度下仍有較大的吸附能力，而其他吸附劑卻受溫度的影響很大，因而在相同溫度條件下，分子篩的吸附容量大。正是由于上述優(yōu)點，分子篩成為一種十分優(yōu)良的吸附劑，廣泛用于基本有機化工、石油化工的生產上，在有害氣體的治理上，也常用于SO2、NOx、CO、CO2，NH3，CC14、水蒸氣和氣態(tài)碳氫化合物廢氣的凈化。（5） 其他吸附劑除去上述主要的吸附劑外，還有漂白土和活性白土、焦炭粒和白云石粉、腐殖酸類吸附劑、蚯蚓糞、吸附樹脂等常見的吸附劑。（6） 吸附劑浸漬這是提高吸附劑吸附能力（容量）和選擇性的一種有效方法。其處理方法是將吸附劑預先在某些特定物質的溶液中進行浸漬，再把吸附了這些特定物質的吸附劑進行干燥，然后再去吸附某些氣態(tài)物質，使這些氣態(tài)物質與預先吸附在吸附劑表面上的特定物質發(fā)生化學反應。對于同一種吸附劑，可根據吸附處理有害氣體中污染物的種類、選擇浸漬一些特定物質，以提高吸附的選擇性影響氣體吸附的因素影響氣體吸附的因素很多，主要有吸附劑的性質、吸附質的性質與濃度、吸附器的設計和吸附的條件。除此之外，還包括一些其他的因素，諸如其他氣體的存在，吸附劑的脫附情況等。1.吸附劑性質的影響實踐證明，被吸附氣體的總量，隨吸附劑表面積的增加而增加，同等體積（或質量）的吸附劑吸附的氣體量越大，證明該吸附劑的比表面積越大。吸附劑比表面積大小與它的孔隙率、孔徑、顆粒度等因素有關。確定吸附劑吸附能力的一個重要概念是“有效表面積”，即吸附質分子能進入的表面。根據微孔尺寸分布數據，主要起吸附作用是直徑與被吸附分子大小相等的微孔。通常假設，由于位阻效應，一個分子不易滲入比某一最小直徑還要小的微孔，這個最小直徑即所謂臨界直徑，它代表了吸附質的特性且與吸附質分子的直徑有關。表15—3列出了某些常見分子的臨界直徑。因此，吸附劑的有效表面只存在于吸附分子能夠進入的微孔中。如前所述，分子篩的孔徑單一、均勻，如5分子篩的孔徑為5，就只能吸附直徑為5以下的分子?；钚蕴康目讖椒植己軐?，可以從20?1000，所以它既能吸附直徑小的分子，也能吸附直徑大的有機物分子。在選擇吸附劑時，應使其孔徑分布與吸附質分子的大小相適應(1=10—10m)。吸附劑的極性對吸附過程影響也很大。一般來說，對于具有極性的吸附劑，尤其是分子篩，由于其對吸附質的吸附靠靜電引力，因此，它對極性吸附質吸附量就大；對于不具有極性的活性炭，它就能夠大量吸附非極性的有機分子。吸附質性質和濃度的影響吸附質的性質和濃度也影響著吸附過程和吸附量。除上述吸附分子的臨界直徑外，吸附質的相對分子質量、沸點和飽和性，都影響吸附量。當用同一種活性炭作吸附劑時，對于結構類似的有機物，其相對分子質量愈大、沸點愈高，則被吸附得愈多。對結構和相對分子質量都相近的有機物，不飽和性愈大，則愈易被吸附。吸附質在氣相中的濃度愈大，吸附量愈大。下一節(jié)將要介紹的吸附等溫線可以明顯證明這一點。但濃度增加必然使同樣的吸附劑較早達到飽和，則需較多的吸附劑，并使再生頻繁，操作麻煩。因而吸附法不宜用于凈化吸附質濃度高的氣體。對于濃度高的氣體，一般先采取其他凈化方法，如吸收法。當其他方法不能滿足排放標準的要求時，再在其他方法之后加設吸附裝置。所以，吸附法較為適宜處理污染物濃度低，排放標準要求很嚴的廢氣。吸附操作條件的影響吸附是一種放熱過程，因此操作時首先要考慮溫度的影響。對物理吸附，低溫是有利的，所以總希望在低溫下進行。對于化學吸附，由于提高溫度會加速化學反應的速率，因而希望適當提高系統的溫度，以增大吸附速率和吸附量。其次要考慮的是操作壓力，增大氣相主體的壓力，從而增大了吸附質的分壓，對吸附有利。但增大壓力不僅會增加能耗，而且還會給吸附設備和吸附操作帶來特殊要求，因此一般不為此而設增壓設備。吸附操作中氣流的速率對氣體吸附影響也很大。氣流速率要保持適中，若速率太大，不僅增大了壓力損失，而且會使氣體分子與吸附劑接觸時間過短，不利于氣體的吸附，因而降低吸附速率。氣體流速過低，又會使設備增大。因此，吸附器的氣流速率要控制在一定的范圍之內。如通過固定床吸附器的氣流速率一般應控制在0.2?0.6m/s的范圍內。吸附器設計的影響為了進行有效吸附，對吸附器的設計提出以下基本要求。要具有足夠的氣體流通面積和停留時間，它們都是吸附器尺寸的函數；要保證氣流分布均勻，以全所有的過氣斷面都能得到充分利用；對于影響吸附過程的其他物質如粉塵、水蒸氣等要設預處理裝置，以除去入口氣體中能污染吸附劑的雜質；采用其他較為經濟有效的工藝，預先除去人口氣體中的部分組分，以減輕吸附系統的負荷，這一點主要是對處理污染物濃度較高的氣體而言；要能夠有效地控制和調節(jié)吸附操作溫度；要易于更換吸附劑。其他因素的影響吸附劑浸漬的影響有些吸附操作不能達到要求，往往采取吸附劑浸漬處理，以提高吸附劑的選擇性和增大吸附容量。脫附的影響脫附是回收吸附質使吸附劑獲得再生的過程，因此希望吸附質脫附得越干凈越好。但由于工藝條件和吸附劑本身的限制，往往不能使吸附質從吸附劑上完全脫附出來，因而也就相應地影響了下一步的吸附操作。作者：li2004吸附劑一般有以下特點一、 概述能有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分的固體物質。吸附劑一般有以下特點：大的比表面、適宜的自動餾程孔結構及表面結構；對吸附質有強烈的吸附能力；一般不與吸附質和介質發(fā)生化學反應;制造方便，容易再生；有良好的機械強度等。吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學成分、表面極性等分類，如粗孔和細孔吸附劑，粉狀、粒狀、條狀吸附劑，碳質和氧化物吸附劑，極性和非極性吸附劑等。常用的吸附劑有以碳質為原料的各種活性炭吸附劑和金屬、非金屬氧化物類吸附劑(如硅膠、氧化鋁、分子篩、天然黏土等)。衡量吸附劑的主要指標有：對不同氣體雜質的吸附容量、磨耗率、松裝堆積密度、比表面積、抗壓碎強度等。用于濾除毒氣，精煉石油和植物油，防止病毒和霉菌，回收天然氣中的汽油漠價以及食糖和其他帶色物質脫色等。二、 吸附劑的種類工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，極大程度上依賴于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問題。硅膠是一種堅硬、無定形鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，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干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細孔兩種。粗孔硅膠在相對壓力變送器濕度飽和的條件下，吸附量可達吸附劑重量的80%以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細孔硅膠?；钚匝趸X是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質取決于最初氫氧化物的結構狀態(tài)，一般都不是純粹的A12O3,多次開關機即可使被磁化的金屬部件消磁，而是部分水合無定形的多孔結構物質，其中不僅有無定形的凝膠，還有氫氧化物的品體。由于它的毛細孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對水有較強的親和力，是一種對微量水深度干燥用的吸附劑。在一定操作條件下，它的十燥深度可達露點-70T以下?；钚蕴渴菍⒛咎?、果殼、煤等含碳原料經炭化、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料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學藥品，在非活性氣氛中差壓變送器加熱進行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700°C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?1200C溫度范圍內進行反應使其活化。活性炭含有很多毛細孔構造所以具有優(yōu)異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個方面。沸石分子篩又稱合成沸石或分子篩，其化學組成通式為：[M2(I)M(II)]O.Al2O3.nSiO2.mH2O式中M2(I)和M(II)分別為為一價和二價金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅主要來自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來自于鋁酸鈉和Al(HO)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應制得的膠體物，經干燥后便成沸石，一般n=2?10,m=0?9。沸石的特點是具有分子篩的作用，它有均勻的孔稱重傳感器徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。碳分子篩實際上也是一種活性炭，它與一般的碳質吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結構主要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過渡孔從大孔分支出來，微孔又從過渡孔分支出來。在分離過程中，大孔主要起運輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。以煤為原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。其中炭化法最為簡單，但要制取高質量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。碳分子篩在空氣分離制取氮氣領域已獲得了成功，在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。三、吸附劑的物理性質吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細孔構造。與吸附劑細孔有關的物理性能有：孔容(VP):吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常超聲波液位計以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示(cm3/g).孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積(Vk)不一定等于孔容(VP)，吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m2/g。吸附劑表面積每克有數百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。孔徑與孔徑分布：在吸附劑內，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同，來減小管殼程間介質的壓差。直徑在數埃(A0)全數十埃的孔稱為細孔，直徑在數百埃以上的孔稱為粗孔。細孔愈多，則孔容愈大，比表面超凈工作臺也大，有利于吸附質的吸附。粗孔的作用是提供吸附質分子進入吸附劑的通路。粗孔和細孔的關系就象大街和小巷一樣，外來分子通過粗孔才能迅速到達吸附劑的深處。所以粗孔也應占有適當的比例?；钚蕴亢凸枘z之類的吸附劑中粗孔和細孔是在制造