BIOSEPARATION ENGINEERING
活性碳应用于工业废水，主要为有机物、 活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除， 应用于工业废水 为有机物 及微量不纯物之去除， 其亦常与离子交换树脂组合 制造超纯水。 于废水处理， 与离子交换树脂组合以 其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去 除一般难处理 有机化合物 难处理之 化合物、 化物、 水银及一些 一些无机金属机金属离 Cr及Sn等 活性碳的选择 处理的水別及目的 选择依 子，如：Sb, As, Bi, Cr及Sn等。活性碳的选择依处理的水別及目的 其也各不相同。 其也各不相同。
吸附类型与特性
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特征
吸 附 剂 表 面
分子间力 化学键力 静电引力
物理吸附 化学吸附 交换吸附
表面能降低， 表面能降低， 为放热反应； 为放热反应； 吸附无选择性， 吸附无选择性， 分子引力随分 子量增大而增 加； 无化学反应发 生。
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硅藻土 是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸形成的， 是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸形成的 ， 基本质 是含水的无定形SiO 并含有少量Fe MgO、 是含水的无定形 SiO2 ， 并含有少量 Fe2O3 、 MgO 、 Al2O3 及有机杂质，外观一般呈浅黄色或浅灰色， 及有机杂质 ， 外观一般呈浅黄色或浅灰色 ， 优质的呈 白色，质软，多孔而轻。 白色 ， 质软 ， 多孔而轻 。 硅藻土的多孔结构使它成为 一种良好吸附剂，在食品、 一种良好吸附剂 ， 在食品 、 化工生产中常用来作助滤 剂及脱色剂。 剂及脱色剂。
1 基本概念
定义：吸附是利用吸附剂对液 吸附是利用吸附剂对液
体或气体中某一组分具有选 体或气体中某一组分具有选 择性吸附的能力，使其富集 择性吸附的能力，使其富集 在吸附剂表面，再用适当的 洗脱剂将其解吸达到分离纯 化的过程。液相(气相)→固相
——吸附剂、吸附物 ——吸附剂、吸附物
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饮用水水源之净化，包括水内含色、 水水源之净化 合成洗涤剂 （1） 饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂 农药等之去除 及农药等之去除 产业用水之 用水之处理 （2） 工业及产业用水之处理 家庭废水 处理及再利用 废水之 （3） 家庭废水之处理及再利用 工业及产业废水之处理及再利用 （4） 工业及产业废水之处理及再利用 垃圾渗出 渗出水 （5） 垃圾渗出水处理
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硅胶（ 硅胶（SiO2·nH2O） ） 是用Na 与无机酸反应生成H 是用Na2SiO3与无机酸反应生成H2SiO3，其水合物在适 宜的条件下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚物， 宜的条件下聚合 、 缩合而成为硅氧四面体的多聚物 ， 即硅溶胶，硅溶胶经凝胶化、洗盐和脱水成为硅胶。 即硅溶胶，硅溶胶经凝胶化、洗盐和脱水成为硅胶。 硅胶的表面保留着大约5wt％的羟基， 硅胶的表面保留着大约5wt％的羟基，是硅胶的吸附 活性中心。 200℃以上羟基会脱去， 活性中心。在200℃以上羟基会脱去，所以硅胶的活化 温度应低于200 200℃ 温度应低于200℃ 硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水， 硅胶常作为干燥剂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， 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。 常用的色谱柱填充材料。
吸附机理
固体的表面性质——固体表面分子（或原子）所处的状
态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同 界面
固体表面分子(或原 子)处于特殊的状态。 固体内部分子所受的 力是对称的，故彼此 处于平衡。但在界面 分子的力场是不饱和 的，即存在一种固体 的表面力，它能从外 界吸附分子、原子、 或离子，并在吸附表 面上形成多分子层或 单分子层。
实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下
吸附性能 作用力 选择性 吸附层 吸附热 吸附速度 温度 可逆性
物理吸附
分子引力（范德华力） 没有选择性 单分子或多分子吸附层 较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能 放热过程，低温有利于吸附 可逆，较易解析
化学吸附
剩余化学键力 有选择性 只能形成单分子吸附层 较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol 较慢，需要活化能 温度升高，吸附速度增加 化学键大时，吸附不可逆
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吸附剂通常应具备以下特征：
（1）较高的选择性以达到一定的分离要求； ）较高的选择性以达到一定的分离要求； 以达到一定的分离要求 以减小用量； （2）较大的吸附容量以减小用量； ）较大的吸附容量以减小用量 （3）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附； 以实现快速吸附； ）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附 （4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待 ）较高的化学及热稳定性， 处理流体以保证吸附剂的数量和性质； 处理流体以保证吸附剂的数量和性质； 以减小磨损和侵蚀； （5）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀； ）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀 （6）较好的流动性以便于装卸； ）较好的流动性以便于装卸； 以便于装卸 以延长使用寿命； （7）较高的抗污染能力以延长使用寿命； ）较高的抗污染能力以延长使用寿命 以避免发生不期望的化学反应； （8）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应； ）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应 （9）易再生； ）易再生； （10）价格便宜。 ）价格便宜。
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活性碳的再生
再生： 再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将
被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。
1）加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用高温再生。 加热再生法： 2 ） 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
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活性炭
1）组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800℃）碳
化而成的多孔网状结构
制造过程示意图
原料
炭化 →破碎、造粒 捏合成型→炭化 活化→洗涤→ 粉状碳成品
活化：把
碳渣造成发 达的多孔结 构 主要有两 种方法：（1） 气体法； （2）药 剂法。
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活性氧化铝（ 活性氧化铝（Al2O3·nH2O） ）
是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多 孔大表面吸附剂。 孔大表面吸附剂。 活性氧化铝具有相当大的比表面积（ 200～ 活性氧化铝具有相当大的比表面积 （ 200 ～ 400m /g） 且机械强度高， 物化稳定性高， 400m2/g ） ， 且机械强度高 ， 物化稳定性高 ， 耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、 耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下 使用。 使用。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
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吸附法的特点：
① 常用于从稀溶液中将溶质分 离出来，由于受固体吸附剂 离出来， 的限制，处理能力较小； 的限制，处理能力较小； 对溶质的作用较小，这一点 对溶质的作用较小， 在蛋白质分离中特别重要； 在蛋白质分离中特别重要； 可直接从发酵液中分离所需 的产物，成为发酵与分离的 的产物， 耦合过程，从而可消除某些 耦合过程， 产物对微生物的抑制作用； 产物对微生物的抑制作用； 溶质和吸附剂之间的相互作 用及吸附平衡关系通常是非 线性关系，故设计比较复杂 线性关系， 实验的工作量较大。 ，实验的工作量较大。
活性炭种类 粉末活性炭 颗粒活性炭 锦纶活性炭
颗粒大小 小 较小 大
表面积 大 较大 小
吸附力 吸附量 大 大 较小 较小 小 小
洗脱 难 难 易
粉末活性炭
锦纶活性炭
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活性炭对物质的吸附规律
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，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中 的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：
第 六 章 吸附分离技术和理论
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生活中常见的吸附现象
A 冰箱除异味 B 新装修房子除异味
内容提要： 内容提要：
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1.吸附的一般过程。 1.吸附的一般过程。 2.吸附的类型及主要特点。 2.吸附的类型及主要特点。 3.吸附平衡理论概述。 3.吸附平衡理论概述。 4.吸附过程及工艺计算。 4.吸附过程及工艺计算。 5.亲和吸附剂的选择原则。 5.亲和吸附剂的选择原则。 6.离子交换树脂的分类及作用机理。 6.离子交换树脂的分类及作用机理。
→干燥→筛分
粒状碳成品
一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或 分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。 所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性 炭的孔径分布来选择合适的活性炭。
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2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭
吸附能力为粉末活性炭＞颗粒活性炭＞锦纶活性 炭
优点： 优点：
有机溶剂掺入少 操作简便，安全， 操作简便，安全，设备简单 pH变化小 变化小， pH变化小，适于稳定性差的物质
② ③
缺点： 缺点：
选择性差 收率低 无机吸附剂性能不稳定 不能连续操作， 不能连续操作，劳动强度大 碳粉等吸附剂有粉尘污染