吸附基本概念及常见吸附剂

吸附：物质在相界面上浓度自动发生变化的象称之为吸附。吸附剂：能于表面吸附某种物质而降低自身表面能、而且其吸附容量达到具有实用价值的固体物质。一、吸附脱色机理(1)物理吸附•靠吸附剂和色素分子间的范德华引力，不需要活化能，无选择性，吸附物在吸附剂表面上可以是单分子层，也可以是多分子层。吸附放出的热量较小，吸附速度和解吸速度都较快，易达到吸附平衡状态。一般在低温下进行的吸附。1．吸附剂表面的吸附(2)化学吸附•吸附剂内部的原子所受的引力是对称的，使引力场达到饱和状态，而表面上的原子，尤其是超微凹凸表面上的原子，所受到的引力是不对称的，即表面分子有剩余价力(表面自由能)。剩余价力有吸附某种物质而降低表面能的倾向。这时被吸附物和吸附剂之间发生电子转移或形成共用电子时，就象进行化学反应，称为化学吸附。•当吸附物平衡浓度一定时，吸附量随温度而变化：温度很低时，主要以物理吸附为主，由于物理吸附过程是放热的，因此吸附量随温度升高而降低；温度升到一定值后，物理吸附量继续下降，而化学吸附加快，此时以化学吸附为主，总吸附量是增加的；化学吸附也是放热反应，当温度达到某一数值以后，吸附量反而会下降。2.吸附等温线•吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。•食品中的吸附等温线：在一定温度下，反映食品物料中水分活性与水分含量关系的平衡曲线称为吸附等温线3．等温吸附经验公式（1）弗罗因德利希(Freundlich)经验式形式Γ=x/m=kpn式中，m为吸附剂质量，x为被吸气体物质的量或指定状态下的体积；n和k是两个经验常数（2）油脂吸附脱色经验公式（弗兰德里胥吸附等温式）式中：X—被吸附组分量（Kg）m—吸附剂量（Kg）V—待脱色油的体积（l）C1—被吸附组分在待脱色油中的浓度（Kg/l）C2—被吸附组分在脱色油中的残留浓度（Kg/l）C—吸附平衡时被吸附组分在油中的残留浓度（Kg组分/Kg油）K—吸附常数—吸附特点常数（一般为0.4～4）若将式5-1取对数，则得到一直线方程式（式5-2）：•式5-1表达的直线称之为吸附等温线，直线之截距为K值，其斜率为1/n。•要衡量色度的单位能够累积，并与油中色素的浓度成正比，即可由弗兰德里胥公式确定K和1/n。学名膨润土，主要组分“蒙脱土”[Al4Si8O20(OH)4·nH2O]。悬浮液的pH值5～6，又称酸性白土。呈微孔晶体或无定形结构，比表面积比其他粘土大得多，有一定活性，但脱色系数较低吸油率也较高二、吸附剂的种类1.天然漂土2.活性白土•以膨润土为原料经处理加工成。活性白土的加工由开矿、粗碎、酸活化、水洗、干燥、碾磨、过筛等工序制成。•活性白土对色素，尤其是叶绿素及其他胶性杂质吸附能力很强，对于碱性原子团和极性原子团吸附能力更强。油脂经白土脱色后，会残留少许土腥味，可在脱臭过程除去。3.活性炭•活性炭是由木屑、蔗渣、谷壳、硬果壳等炭化后，再经化学或物理活化处理而成。•主要成分碳含量90～98%，密度为1.9～2.1t/m3，松密度为0.08～0.45t/m3，具有疏松的孔隙，比表面积大，脱色系数高，并具有疏水性，能够吸附高分子物质。•活性炭的应用极其广泛，其用途几乎涉及所有的国民经济部门和人们日常生活，如水质净化、黄金提取、糖液脱色、药品针剂提炼、血液净化、空气净化、人体安全防护等。4.沸石•多系火山玻璃的熔解或水解作用而成斜发沸石矿床，经采矿、筛选、碾磨、筛分即得沸石吸附剂。•主要组成：二氧化硅、氧化铝。•沸石的特点是具有分子筛的作用，它有均匀的孔径，如3A0、4A0、5A0、10A0细孔。有4A0孔径的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三个碳以上的正烷烃。它已广泛用于气体吸附分离、气体和液体干燥以及正异烷烃的分离。。5.凹凸棒土•又称坡缕石（Palygorskite）或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7*6.3A°。通道中充填沸石水和结晶水，见凹凸棒石粘土晶体结构图。•加工后的凹凸棒石粘土制品是较为理想的吸附剂、食品加工助剂和食品添加剂，可取代活性炭。它不仅能脱色，还可除臭除味，除重金属离子和致癌物质，还具有一定的选择性，这就为生产提供了便利，它可作冰箱除臭剂、污水处理剂、家用净水器、油脂精炼脱色剂，效果极为明显，在医药上可作药物的填料、载体、添加剂、粘结剂。6.硅藻土•硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质。纯度较好的硅藻土呈白色，一般为浅灰色或淡红褐色，主要化学成分为二氧化硅，。7.硅胶•硅胶的主要成分为SiO2（含量为92%～94%），其余为水分，呈多孔海绵状结构，具有较强的吸附能力。•常用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充材料。。8.活性氧化铝•为无定形的多孔结构物质，一般由氧化铝的三水化合物加热、脱水和活化而得，孔径2～5nm，比表面典型值为200～500m2/g。•比表面积大，且机械强度高，物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。对水具有很强的吸附能力，主要用于液体和气体的干燥。也常用作色谱柱填充材料。