吸附劑
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能有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分的固體物質(zhì)。
吸附劑一般有以下特點：大的比表面、適宜的孔結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)；對吸附質(zhì)有強(qiáng)烈的吸附能力；一般不與吸附質(zhì)和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng);制造方便，容易再生；有良好的機(jī)械強(qiáng)度等。
吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學(xué)成分、表面極性等分類，如粗孔和細(xì)孔吸附劑，粉狀、粒狀、條狀吸附劑，碳質(zhì)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(zhì)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(biāo)有：對不同氣體雜質(zhì)的吸附容量、磨耗率、松裝堆積密度、比表面積、抗壓碎強(qiáng)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以及食糖和其他帶色物質(zhì)脫色等。
目錄 |
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。
1.硅膠
是一種堅硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(jīng)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(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下，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。
2.氧化鋁
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,而是部分水合無定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無定形的凝膠，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。它對水有較強(qiáng)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，它的干燥深度可達(dá)露點-70℃以下。
3.氧化鎂
4.碳酸鈣
2.活性炭
是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的。活化方法可分為兩大類，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(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。活性炭含有很多毛細(xì)孔構(gòu)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。
3.沸石分子篩
又稱合成沸石或分子篩，其化學(xué)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(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。
4.碳分子篩
實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離的氣體分子直徑相當(dāng)，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(jié)構(gòu)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(zhì)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(lǐng)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(zhì)
吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細(xì)孔構(gòu)造。與吸附劑細(xì)孔有關(guān)的物理性能有：
a.孔容（VP）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常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(zhì)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。
b.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(shù)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。
c.孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直徑在數(shù)埃（A0）至數(shù)十埃的孔稱為細(xì)孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱為粗孔。細(xì)孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利于吸附質(zhì)的吸附。粗孔的作用是提供吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑的通路。粗孔和細(xì)孔的關(guān)系就象大街和小巷一樣，外來分子通過粗孔才能迅速到達(dá)吸附劑的深處。所以粗孔也應(yīng)占有適當(dāng)?shù)谋壤；钚蕴亢凸枘z之類的吸附劑中粗孔和細(xì)孔是在制造過程中形成的。沸石分子篩在合成時形成直徑為數(shù)微米的晶體，其中只有均勻的細(xì)孔，成型時才形成晶體與晶體之間的粗孔。
孔徑分布是表示孔徑大小與之對應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來表征吸附劑的孔特性。
d.表觀重度（dl）：又稱視重度。
吸附劑顆粒的體積（Vl）由兩部分組成：固體骨架的體積（Vg）和孔體積（Vk），即：
Vl= Vg+ Vk
表觀重度就是吸附顆粒的本身重量（D）與其所占有的體積（Vl）之比。
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。
e.真實重度（dg）:又稱真重度或吸附劑固體的重度，即吸附劑顆粒的重量（D）與固體骨架的體積Vg之比。
假設(shè)吸附顆粒重量以一克為基準(zhǔn)，根據(jù)表觀重度和真實重度的定義則：
dl==l/Vl ; dg=l/Vg
于是吸附劑的孔體積為：
Vk=l/dl – l/dg
f.堆積重度（db）：又稱填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量。此體積中還包括有吸附顆粒之間的空隙，堆積重度是計算吸附床容積的重要參數(shù)。
以上的重度單位常用g/cm3、kg/l、kg/m3表示。
g.孔隙率（εk）：即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。
εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/ dg=1-dl/dg
h.空隙率（ε）：即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。
ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl
四、其他
吸附劑也稱吸收劑.這種物質(zhì)可使活性成分附著在其顆粒表面,使液態(tài)微量化合物添加劑變?yōu)楣虘B(tài)化合物,有利于實施均勻混合.其特性是吸附性強(qiáng),化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.
吸附劑一般也分為有機(jī)物和無機(jī)物兩類,有機(jī)物類如小麥胚粉,脫脂的玉米胚粉,玉米芯碎片,粗麩皮,大豆細(xì)粉以及吸水性強(qiáng)的谷物類等.無機(jī)物類則包括二氧化硅,蛭石,硅酸鈣等.
最具代表性的吸附劑是活性炭，吸附性能相當(dāng)好，但是成本比較高，曾應(yīng)用在松花江事件中用來吸附水體中的甲苯。其次還有分子篩、硅膠、活性鋁、聚合物吸附劑和生物吸附劑等等
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