槽式吸附操作适用于外扩散控制的吸附传质过 程。 使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜 阻力较少。
用于液体的精制，如脱水、脱色和脱臭等。 吸附剂用量S确定: 物料平衡 吸附相平衡
L(c0 c) Sq
从上式可以看出： 分子极性越大，μ增大，作用力也越大；分子的支 链会导致r增大，不利于吸附。 偶极矩与分子对称性、取代基位置等结构因素有关。 吸附作用力还与热力学温度成反比。
范德华力-诱导力
设极性分子的永久偶极矩为μ1，非极性分子的极化度为α2。则它们 间诱导力的能量为：
U诱导
=
2 μ 1 α
6 γ 2
· · · · · N C·
• 当分子间距离减小时，
范德华力增大，但当分 子间距离非常接近时， 就明显地表现出斥力。 • 当距离大于OB时，吸引 力未表示出来。 • 当吸附表面和分子间的 距离减小时，其吸引力 的能量逐渐增加， • 当距离减至分子半径OA 时，达到最大值。 • 当距离再减小时，推斥 力急剧增加。
分类
• 1 Langmuir 等温线 (单分子层) • 2 Freundlich等温线(抗生素/类固醇/甾类激素) • 3 离子交换等温线 单价：在缓冲液中， Langmuir 模拟 多价：Freundlich 模拟 • 4 亲和吸附等温线：类似于Langmuir 表达
吸附平衡常用Langmuir方程(单分子层吸附 等温线方程式)来描述：
2、吸附机理
固体内部分子所受分子间的 作用力是对称的，而固体表 面分子所受力是不对称的。 向内的一面受内部分子的作 用力较大，而表面向外一面 所受的作用力较小，因而当 气体分子或溶液中溶质分子 在运动过程中碰到固体表面 时就会被吸引而停留在固体 表面上。
界面
吸附质在吸附剂多孔表面上被吸附的过程分 为下列三步：
由于吸附质与吸附剂的分子之间形成化学键而 引起的吸附称为化学吸附。发生化学吸附时，被吸 附的分子与吸附剂的表面分子之间发生了电子转移、 原子重排或化学键的破坏与生成。与物理吸附不同 的是，化学吸附具有选择性，只有当吸附剂与吸附 质的分子之间形成化学键时，才会发生化学吸附。
物理、化学吸附的比较
吸附性能
物理吸附
分子引力（范德华力）
没有选择性
化学吸附
化学键
有选择性
作用力
选择性
吸附层
吸附热 吸附速度 温度 可逆性
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
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
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
2、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 的限制，处理能力较小； 对溶质的作用较小，这一点 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 耦合过程，从而可消除某些 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 ，实验的工作量较大。
瞬时相对位移时，就产生快速变化的瞬时偶极矩。这种瞬时偶极矩还能使外围 非极性分子极化，反过来，被极化的分子又影响瞬时偶极矩的变化，这样产生
的引力叫色散力。
U色散 =
3 4
α hv
2
6 γ
0
式中 h为普朗克常数；v0为电子的震动频率
因为hv0约等于原子的电离能I(焦耳)，所以上式可写成：
α U色散 = γ
吸附 剂 吸附 质
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
脱附：吸附的逆过程
• 吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混和、 吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附 质解吸回收等四个过程。 • 吸附剂——能够吸附其他物质的多孔性固体。 • 吸附质——在吸附过程中，被吸附的物质。
1/ n
式中 n--大于1的常数
Freundlich等温线 单分子层
Langmuir 等温线 单分子层
Henry等温线 稀浓度
等温线 多分子层
Lgqe = 0.148Lgce + 1.3369
由图可求得k=6.76 , n=21.72
影响吸附过程的因素
• （1）吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条 件） • （2）吸附物的性质（极性大小、分子量） • （3）吸附的条件 pH（对蛋白等两性物质在PI附近吸附量最大） 温度（对蛋白分子，一般认为T↑吸附量↑，考虑到稳定 性,通常在0℃or室温操作） 盐浓度（影响复杂，阻止or促进吸附） • （4）吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度↑，吸附量↑， 吸附法纯化蛋白时，要求浓度<1%,以增强选择性,吸附剂用 量↑，吸附物总量↑，但过量吸附剂导致成本↑，选择性↓）
• 吸附速率可用单位质量的吸附剂在单位时间内所
吸附的吸附质的量来表示。
• 在吸附过程中，若内扩散的传质速度很快，则传
质阻力主要集中于外扩散，吸附过程为外扩散控 制。 • 反之，若外扩散的传质速度很快，则传质阻力主 要集中于内扩散，吸附过程为内扩散控制。
3、吸附力的本质
吸附质和吸附剂之间的作用力－范德华力 • A 定向力 极性分子的永久偶极静电力 • B 诱导力 极性分子与非极性分子之间的 吸引力 • C 色散力 非极性分子之间的引力（瞬间 偶极）
偶极分子之间其诱导力为：
U诱导
2 2 μ 2 μ α 1 α = γ
1 + 2 6
极性分子和非极性分子之间的作用力
极性分子产生的电场作用会诱导非极性分子极化，产生诱导偶极矩，因 此两者之间互相吸引，产生吸附作用。
范德华力-色散力
非极性分子之间的引力属于色散力。
当分子由于外围电子运动及原子核在零点附近震动，正负电荷中心出现
优点：

② ③
有机溶剂掺入少 操作简便，安全，设备简单 pH变化小，适于稳定性差的物 从稀溶液分离溶质 吸附剂对溶质的作用小（蛋白质）
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，劳动强度大 碳粉等吸附剂有粉尘污染
④
3、常用的吸附剂
• 吸附剂通常应具备以下特征： – 表面积大、颗粒均匀、 – 对被分离的物质具有较强的吸附能力 – 有较高的吸附选择性 – 机械强度高 – 再生容易、性能稳定 – 价格低廉。
1、槽式搅拌吸附
吸附过程一般在带有搅拌器的吸附槽中进行。 1. 首先将原料液加入吸附槽，然后在搅拌状态下加 入吸附剂。 2. 在搅拌器的作用下，槽内液体呈强烈湍动状态， 而吸附质则悬浮于溶液中。 3. 当吸附过程接近吸附平衡时，通过过滤装置将吸 附剂从溶液中分离出来。 4. 接触过滤式吸附过程属间歇操作过程，常用于溶 质的吸附能力很强，且溶液的浓度很低的吸附过 程，以回收其中少量的溶解物质或除去某些杂质 等。
Q kp Q 1 kp
Q ——吸附量(mol/kg吸附剂) Q∞——溶质的最大吸附量(mol/kg吸附剂) k ——吸附平衡常数 p ——吸附质分压
二个假设： • 吸附活性中心间各 自独立 • 每一个吸附活性中 心只吸附一个分子
实际应用中, 用的最多的是Freundlich方程 式:
Q kp
吸引力
吸 引 力
合力
0
距离
B
A
推斥 力
推斥力
吸引力和推斥力
三、吸附等温线
吸附平衡
定义：一定条件下，流体（气体或液体）与吸附剂接触， 流体中的吸附质被吸附剂吸附，经足够长时间后，吸附质 在两相中的含量不再改变，即吸附质在流体和吸附剂上的 分配达到一种动态平衡，称为吸附平衡。
• 如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液中 的溶质达到平衡时，其吸附量m应与溶液中溶质 的浓度和温度有关 • 当温度一定时，吸附量只和浓度有关，Q=f（c）， 这个函数关系称为吸附等温线 • 吸附等温线表示平衡吸附量
分子引力/范德华力的 U诱导 + U色散
范德华力-定向力
U定向 = 3 kT γ
2 μμ 6
2 1 2 2
式中：μ1为吸附剂功能基偶极矩；μ2为吸附质分子偶极矩； r为两偶 极子中心之间的距离；κ为波尔兹曼常数；Τ为热力学温度。
极性分子之间产生的作用力
偶极距：分子的电荷重心与正负电荷中心距离的乘积
3I 6 4
2
上述各力的数值大小，对于各种物质是不一样的，取
决于吸附物的性质。分子极性越大，定向力越大。
在通常距离上(十分之几个纳米)，上述分子间相互作 用力的能量约为几千J mol—1。要比化学价力的能量小得多。
• 在分子间相互作用的总能量中，各种力所占的相对比例 是不同的。主要取决于分子的两个性质，即它的极性和 极化度。极性越大，定向力作用越大；极化度越大，色 散力的作用越大。诱导力是次级效应 • 范德华力中的色散力是普遍的一种力
复使用和流体阻力较小等优点)
二、吸附法的分类及原理
1、吸附法的分类 2、吸附机理 3、吸附力的本质
1、吸附法的分类
根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。 当由于吸附质与吸附剂的分子之间存在分子间 力即范德华力而发生的吸附称为物理吸附，又称为 范德华吸附。 因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之 间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，不具有选 择性。但吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力 大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。
• 常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。 羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有。但大 多属非极性的。