吸附分离

吸附分离技术——吸附的基本概念及吸附剂学号：s110103003姓名：曹艳芸专业：粮食、油脂及植物蛋白一、吸附的基本概念1.吸附定义：是利用多孔性固体作为吸附剂来处理液体或是气体混合物，使其中的某一种或数种组分被吸附在固体表面以达到分离目的的一种单元操作。应用：广泛应用于原料脱色、脱臭，目标产物提取、浓缩和粗分离吸附剂吸附质吸附脱附（吸附的逆过程）吸附质状态气体吸附液体吸附吸附剂与吸附质表面分子间结合力2.吸附的分类物理吸附（范德华力吸附）化学吸附一般为放热过程；吸附过程进展快；无选择性；可逆吸附过程进展较慢；有选择性；吸附质与吸附剂结合力强，脱附困难交换吸附极性吸附离子交换吸附实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下吸附性能物理吸附化学吸附作用力分子引力（范德华力）剩余化学键力选择性没有选择性有选择性吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热较小，⋖41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆4.典型的吸附分离过程包含：（1）把待分离的液体（或气体）通入吸附剂中；（2）吸附质被吸附到吸附剂表面；（3）排除母液；（4）吸附质脱附回收，以使吸附质再生。5.吸附操作特点（1）优点：选择性高，吸附速度快；机溶剂掺入少；操作简便，安全，设备简单；pH变化小，适于稳定性差的物质（2）缺点：固体吸附剂吸附容量小，连续化生产有一定困难；碳粉等吸附剂有粉尘污染。1.吸附剂的性能要求高度选择性：一般来说，吸附剂对各种溶质的吸附能力随溶质沸点的升高而增大。当吸附剂与流体混合物接触时，首先吸附高沸点的组分。巨大的吸附面积和很高的吸附活性：吸附在固体表面进行，表面积越大则吸附能力越强。吸附活性即吸附容量，是以单位体积（或重量）吸附剂所能吸附的物质量来衡量。一定的机械强度良好的物理性质吸附剂颗粒大小应均一。若颗粒太大且不均一，则床层不易充填紧密，空隙分布不均匀。当流体流过时流速分布也不均匀，易造成短路，返混等现象，降低吸附分离效率。反之，颗粒太小则床层充填紧密，流体流过床层时阻力增大，小颗粒且易被流体带出。良好的稳定性2.吸附剂的种类根据吸附剂表面的选择性，吸附剂可以粗略分为：亲水型吸附剂疏水型吸附剂吸附剂的种类很多，工业上常用的吸附剂有：活性炭、分子筛、活性氧化铝、硅胶、活性土、合成树脂等（1）活性炭a.组成结构：是含碳有机物经干馏处理以增加其吸附表面，并通过活化处理除去孔隙中树胶物质而制成。制备活性炭的含炭原料有木材、锯屑、泥煤、核桃壳等植物。原料和骨骼等动物性原料。粒状碳成品粉状碳成品活化→洗涤→捏合成型→炭化炭化→破碎、造粒原料→干燥→筛分b.制造过程示意图活化：排除空隙内和表面上的干馏产物，扩大原有空隙，增加新空隙的过程。方法气体法药剂法c.活性炭对物质的吸附规律活性炭为非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有较强的吸附能力。针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物pH值的影响温度未平衡前，随温度升高而增加d.活性碳使用方法脱色一般与硅藻土一起使用主要应用于食品工业糖液的脱色。也常用于用于废水处理，主要是去除一般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离子，如：Sb,As,Bi,Cr及Sn等。e.活性炭的再生加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用高温再生。脱水（活性炭与液体分离）－干燥（100－150度）－炭化（300－700度）－活化（用蒸汽）－冷却药剂再生法：酸碱、有机溶剂化学氧化法：湿式氧化、臭氧生物再生法：利用微生物作用b.优点分子筛能根据分子大小和构型进行选择吸附；对不饱和分子、极性分子和易计划分子具有较强的吸附作用；在吸附质浓度很低或较高温度等情况下，分子筛仍有很大的吸附能力；易于吸附极性物质（如水、甲醇等），能吸附气体中的水分达硅胶本身重量50%之多，难于吸附非极性物质，多用于气体或液体的干燥及作为催化剂的载体使用。（2）分子筛a.性质新型、具有高度选择性的吸附剂。是一种人工合成的泡沸石，是一种结晶型的铝硅酸盐，其化学通式为：（3）活性氧化铝a.性质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。b.特点比表面积大，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。（4）硅胶a.性质是一种坚硬、多孔结构的固体颗粒，分子式为其中氧化硅是无定形的SiO2,是非晶态物质。吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度。易于吸附极性物质（如水、甲醇等），能吸附气体中的水分达硅胶本身重量50％之多，难于吸附非极性物质。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。b.分类孔径大小大孔硅胶粗孔硅胶B型硅胶细孔硅胶性质及组成有机硅胶无机硅胶c.用途细孔硅胶粗孔硅胶B型硅胶结构图是一种天然粘土，主要成分是铝硅酸盐。对各类油脱色、除臭很有效。可用于石油产品脱色，其脱色效果比天然漂白土高。活性土包括漂白土和酸性白土等。脱色白土主要应用于：植物油脱色精炼动物油脂脱色精炼石化炼油厂生产润滑油基础油脱色净化石油催化裂解、多聚酸等合成的催化剂等。（5）活性土（6）吸附树脂非极性、中等极性、极性及强极性。是指一类多孔性的、高度交联的高分子聚合物，又称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些物质。常用的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸酯树脂等。吸附树脂品种很多，单体的变化和单体上官能团的变化可赋予树脂以各种特殊的性能。b.分类a.概念c.特点吸附容量大、选择性好、易于解吸、机械强度高、再生处理简便、吸附速度快等优点,特别适用于从水溶液中分离低极性或非极性化合物。但价格较高。大孔性树脂的特性大孔吸附树脂是一种不含交换基团的,具有大孔结构的高分子吸附剂。这是一种新型的介于离子交换树脂和活性炭之间的优良吸附剂。通常大孔树脂是聚苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它们具有多孔性的巨大网状结构。吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0mm的小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。工业废水处理食品添加剂的分离精制中草药有效成分、维生素和抗菌素等分离提纯化学制品的脱色、血液的净化等。d.用途吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于水，在有机溶剂中有一定溶胀性。但干燥后重新收缩。而且往往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用中为了避免吸附树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶胀性较小的乙醇、甲醇等进行置换，再过渡到水。吸附树脂必须在含水的条件下保存，以免树脂收缩而使孔径变小。e.注意事项化学成分材料结构比表面积：单位质量物体所具有的表面积(m2/g)平均孔径、及其分布，孔隙率3.吸附剂的性能表征