四、密度
吸附剂及吸附剂床层的密度直接影响着吸附操作的动力消耗和吸附剂的 流失。 吸附剂的密度有真密度（固体密度）和假密度（颗粒密度）两种。
真密度：
s
mp Vs
颗粒质量 固体体积
假密度：
p
mp Vp
颗粒质量
整个颗粒的体 积（固体体积 ＋孔体积）
装填了吸附剂的吸附剂床层的密度通常用堆密度表示，即单位床层体积内 吸附剂的质量。
• 3.金属键：由于金属晶体中存在着自由电子，整个金属晶体的原 子（或离子）与自由电子形成化学键。这种键可以看成由多个原 子共用这些自由电子所组成，所以有人把它叫做改性的共价键。 金属键没有方向性与饱和性。
吸附的优缺 点
• 优点
–高选择性 (亲和性吸附) –能够用于稀溶液
• 缺点
–属于表面现象 ，吸附剂的内部不可以利用 –间歇或半间歇操作 –吸附剂需要频繁再生 –产品质量稳定性较差
吸附剂
溶剂/空气
活性炭
臭味气体/空气
活性炭
氮氧化物/氮气
沸石分子筛
二氧化硫/废气流
沸石分子筛
汞蒸气/空气或其他混合气体
沸石分子筛
气体纯化 (c) 分离物系 水蒸气/含烯烃的裂解气, 天然气, 空气, 合成气, 等 二氧化碳/乙烯, 天然气, 等. 有机气体/废气流 含硫气体/天然气, 氢气, 液化石油气 (LPG), 等.
三、吸附分离实例
气体分离 (b)
分离物系
吸附剂
正构烷烃, 异构烷烃, 芳香烃
沸石分子筛
N2/O2 O2/N2 CO, CH4, CO2, N2, A, NH3/H2 丙酮/废气流
沸石分子筛 碳分子筛 沸石, 活性炭 活性炭
C2H4/废气流 H2O/乙醇
活性炭 沸石分子筛
气体纯化 (c)
分离物系
化学吸附
化学吸附是由吸附质与吸附剂分子间 化学键的作用所引起的，与物理吸附 比较，其结合力大得多，放热量与化 学反应热数量级相当，过程往往是不 可逆的。化学吸附在催化反应中起重 要作用，分离过程中极少应用。
吸附操作
目前已经开发出三类吸附过程流程： (1)变温吸附 (2)变压吸附 (3)变浓度吸附
面上都可以发生物理吸附
附，但不能化学吸附在金或汞上
DHads = 5 ….. 50 kJ mol-1
DHads = 50 ….. 500 kJ mol-1
无需活化平衡容易到达. 温度升高吸 能够被活化，平衡较慢到达 。温度升
附量总是降低
高有利于吸附
多层吸附 BET 吸附等温线描述吸附平衡
单分子层吸附 Langmuir 吸附等温线描述吸附平衡
采用槽式操作时，考虑到后续过滤的难易，一般可用数十至数百微米 的细粉。
吸附剂颗粒尺寸要均一。以保证组分分子在所有颗粒的粒内扩散时间 相同，达到颗粒的最大利用率。
三、比表面积
单位质量吸附剂所具有的表面积称为比表面积Sg。 假定表面上吸附着一层分子，则吸附量为：
Xm
Sg Am N A
M
吸附量
• 1.离子键：是使阴、阳离子结合成化合物的静电作用。成键的条 件是有电子的得失。如：NaCl
• 2.共价键：原子间通过共用电子对（电子云重叠）所形成的化学 键叫做共价键。（即电子发生偏移，并无电子得失，只有共用电 子对，）包括：极性键、非极性键、配位键、单键、双键、叁键、 σ键、π键等类别。 如：HCl
（2）适宜温度和压力条件下，所有的气体－固体体系中都将发 生物理吸附，而化学吸附只有当气体分子与吸附剂表面能形成 化学键时才发生；
（3）物理吸附的吸附质分子可通过减小压力的方法较容易地解 吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多，且容易发生 变化；
（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子层吸附，而 化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情况下，化学吸附单分 子层上还可能发生物理吸附；
二、粒径及分布
为缩短组分分子在吸附剂颗粒内扩散的路程，减小传质阻力，吸附剂 颗粒应尽可能小，但颗粒过小时，吸附床层的阻力增大，能耗增大，因 此吸附剂颗粒应有一个适宜的粒径范围。
对于固定床吸附，处理液相物料时，颗粒粒径一般以1－2mm为宜，处 理气相物料时一般以3－5mm为宜。
对于流化床吸附，既要保持颗粒悬浮又要不流失，一般以0.5－2mm为 宜。
(3)变浓度吸附
液体混合物中的某些组分在环境条 件下选择性地吸附，然后用少量强 吸附性液体解吸再生。该过程用于 液体混合物的主体分离。
二、吸附类型
根据吸附质和吸附剂表面之间 相互作用力的不同，吸附可分为 物理吸附（范德华吸附）和化学 吸附（活化吸附）。
物理吸附：基于范德华力、氢键 和静电力，它相当于流体中组分分 子在吸附剂表面上的凝聚，可以是 单分子层，也可以是多分子层。物 理吸附一般速度较快且是可逆的。
五、孔径分布
吸附剂中的孔径都是有一定分布的。 孔径分布常用孔径与孔容之间的关系来表示。
几种吸附剂的孔径分布曲线
The concept of porosity
Non-porous solids: very low surface area
Porous solids: medium high surface area, pore volume and dimension
传质 分 离 过 程
均相混合物分离方法
采用密闭 体，取少 量样品， 在带压状 态下加热 使样品溶 液沸腾， 蒸馏出样 品
利用两种物质的高亲和性，例如抗体和 抗原的特异识别，来纯化出想要的物质
第6章 气固、液固传质分离过程 6.1 吸附分离过程
主要内容及要求： 学习并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸附
吸附过程的选择性: 标准
氢键是一种特殊的成键
方式，只存在于某些特 • 殊一的定分有子氢-和分一子些ห้องสมุดไป่ตู้电间负,而性且• 很强的原子的参与。与 • 化学键的不同在于，氢 •
分子量或大小 溶质形状 极性 静电电荷
空间（立体） 化学性质
键是分子与分子间的作
用力，而化学键是分子
内的作用力。 吸附过程包含的作用力
吸附:典型的表面现象
吸附剂
吸附质
脱附：吸附的逆过程
固体表面上的原子或分子的力场
和液体表面一样也是不均衡的，因此， 也有自发降低表面能的倾向。由于固 体表面难于收缩，所以只能靠降低界 面张力的方法来降低表面能，这也是 固体表面能产生吸附作用的根本原因。
物理吸附分离原理
①选择性吸附 利用固体表面的原子或基团 与外来分子间的吸附力的不同实现分离。吸 附力的大小与表面和分子两者的性质有关。 对同一表面而言，吸附力大的分子在吸附相 的浓度高。实例：用硅胶、活性氧化铝或沸 石脱除气(液)体中的水分，用活性碳脱除水 中的有机物等。
动力学、吸附过程计算及设备。
吸附分离概述 吸附分离原理及其分类 常用吸附剂 吸附平衡：吸附等温线 吸附动力学 吸附设备 吸附过程计算
吸附
6.1. 1吸附原理和吸附剂
一、吸附过程
吸附是指流体（气体或液体） 与固体多孔物质接触时，流体中 的一种或多种组分传递到多孔物 质外表面和微孔内表面并附着在 这些表面上形成单分子层或多分 子层的过程。
相对分子质量
Avogadro常数， 6.02×1023mol-1
一个分子在表面上占据
的面积，一般在10-9m2
数量级
从技术经济性考虑，吸附分离方法要 有现实意义，吸附量应达到0.1g/(g吸附 剂)以上。吸附剂的比表面积一般应为数 百-1000m2/g，高者可达3000 m2/g。要达 到这样大的表面积，必须使用多孔材料。 典型的工业吸附剂可以被制成球状、圆 柱体、片状或粉体，颗粒尺寸在50μm到 1.2cm，比表面积在300～1200m2/g。
吸附剂 硅胶, 氧化铝, 沸石 分子筛 沸石分子筛
活性炭
沸石分子筛
分离物系
液体混合物分离 (b)
吸附剂
对二甲苯/邻二甲苯, 间二甲苯 烯烃/烷烃 对二乙苯/异构体 果糖 /葡萄糖
沸石分子筛 沸石分子筛 沸石分子筛 沸石分子筛
分离物系
液体净化 (c)
水/有机物，含氧有机物、含氯有机物等 臭味化合物/饮用水 含硫化合物/有机物 发酵产物/发酵罐中的流出物 石油馏分脱色, 糖浆脱色, 植物油脱色, 等.
(1)变温吸附
吸附通常在环境温度进行，而解 吸在直接或间接加热吸附剂的条件下 完成，利用温度的变化实现吸附和解 吸再生循环操作。该类流程常用于从 气体或液体中分离少量杂质。
(2)变压吸附
在较高组分分压的条件下选择 性吸附气体混合物中的某些组分， 然后降低压力或抽真空使吸附剂解 吸，利用压力的变化完成循环操作。 变压吸附一般用于气体混合物的主 体分离。
物理吸附分离原理
②分子筛效应 有些多孔固体中的微孔孔径 是均一的，而且与分子尺寸相当。尺寸小于 微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附，比 孔径大的分子则被排斥在外。由于多原子分 子的形状复杂，固体分子筛中微孔的几何形 状是不规则的，而且分子通过微孔是分子与 微孔周边原子(离子)相互作用的过程。实例： 沸石分离正构烷烃与其他烃类；以沸石脱除 氟氯烷烃中的水等。
物理吸附分离原理
③通过微孔的扩散 气体在多孔固体中的扩 散速率与气体的性质、吸附剂材料的性质以 及微孔尺寸等因素有关。利用扩散速率的差 别可以将混合物分离。例如空气中氧和氮在 碳分子筛吸附剂上的分离。
物理吸附分离原理
④微孔中的凝聚 毛细管中液体曲面上的蒸 汽压与其正常蒸汽压不同。在大多数情况下， 毛细管上的可凝缩气体会在小于其正常蒸汽 压的压力下在毛细管中凝聚。在一定温度下， 凝聚压力与毛细管半径有关。因此，多孔固 体周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压 力下在微孔中凝聚。例如用活性碳吸附工业 气体中的有机化合物。