第二章吸附的类型要点

第二章第二章     吸吸 附附 分分 离离 12.1  吸附的类型吸附的类型 2.1.1  吸附吸附 在相界面上，物质的浓度自动发生累积在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象或浓集的现象     固固—液界面上的吸附：液界面上的吸附：        吸附剂：具有吸附能力的多孔性固吸附剂：具有吸附能力的多孔性固           体物质        吸附质：废水中被吸附的物质吸附质：废水中被吸附的物质 2吸附机制：吸附机制： 固固体体表表面面分分子子( (或或原原子子) )处处于于特特殊殊的的状状态态固固体体内内部部分分子子所所受受的的力力是是对对称称的的，，故故彼彼此此处处于于平平衡衡但但在在界界面面分分子子的的力力场场是是不不饱饱和和的的，，即即存存在在一一种种固固体体的的表表面面力力，，它它能能从从外外界界吸吸附附分分子子、、原原子子、、或或离离子子，，并并在在吸吸附附表表面面上上形形成成多多分分子子层层或或单单分分子层3 2.1.2吸附的分类吸附的分类  1. 物物理理吸吸附附：：靠靠分分子子间间力力产产生生的的吸吸附附，，可可吸吸附附多多种种吸吸附附质质，，可可形形成成多多分分子子吸吸附附层层。

吸吸附附━━解解吸吸是是可可逆逆过过程程，，在在低低温温下下就就能能吸附 2. 化化学学吸吸附附：：由由化化学学键键力力引引起起的的吸吸附附，，吸吸能能形形成成单单分分子子吸吸附附层层，，并并具具有有选选择择性性，，同时是不可逆的，在高温下才能吸附同时是不可逆的，在高温下才能吸附 上面二种吸附往往是相伴发生，而不能上面二种吸附往往是相伴发生，而不能严格分开，是几种吸附综合作用的结果，严格分开，是几种吸附综合作用的结果，可能存在以某种吸附为主可能存在以某种吸附为主 45硅藻土过滤机硅藻土过滤机6 2.1.3吸附剂吸附剂主主要要有有活活性性炭炭、、磺磺化化煤煤、、沸沸石石、、硅硅藻藻土土、、焦炭、木炭等焦炭、木炭等1、活性炭的制造、活性炭的制造                               高温炭化高温炭化                    活化活化,800~900℃木材、煤、果壳木材、煤、果壳               炭渣炭渣           活性炭活性炭                            隔绝空气，隔绝空气，600℃            活化剂：活化剂：ZnCl2     蒸汽高温活化蒸汽高温活化  粉末状活性炭粉末状活性炭  粒粒状状活活性性炭炭（（园园柱柱状状、、球球状状）），，粒粒径径2~4mm 棒状活性炭：棒状活性炭：Φ50mm，，L=255mm 7 2.活性炭的细孔构造和分布活性炭的细孔构造和分布  1.比表面积比表面积   每每g活性炭所具有的表面积。

活性炭的比活性炭所具有的表面积活性炭的比表面积为：表面积为：500~1700m2/g，，99.9%的表面的表面积，在多孔结构颗粒的内部积，在多孔结构颗粒的内部 2.细孔构造细孔构造  ·小孔：小孔：<2nm，，0.15~0.90mL/g，占比表面，占比表面积的积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主孔吸附为主 8 ·过渡孔：过渡孔：2~100nm，，0.02~0.10mL/g，占比，占比表面积表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用，吸附量不大，起吸附作用和通道作用和通道作用·大孔：大孔：100~1000nm，，0.2~0.5mL/g，占比，占比表面积很小，吸附量小，提供通道表面积很小，吸附量小，提供通道 910吸附剂的性能表征n化学成分化学成分n材料结构材料结构n比表面积：单位质量物体所具有的表面积比表面积：单位质量物体所具有的表面积(m2/g) 测量方法：测量方法：BET法法 一般采用B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller)法：在液氮温度下(-196°C)，用吸附剂吸附氮气，在吸附剂表面形成单分子吸附层，测定氮气的吸附体积vm(cm3/g)，计算比表面积a(cm2/g):N-阿弗加德罗常数，s-被吸附分子的横截面积，在-196°C 氮气分子的s = 1.6210-15 cm2。

11n平均孔径、或平均粒度平均孔径、或平均粒度, , 及其分布，孔隙率及其分布，孔隙率 测量方法：压汞法测量方法：压汞法孔径及分布测定孔径及分布测定吸附剂的孔径及分布可采用水银压入法，利用汞孔度计测定当压力升高时，水银可进入到细孔中，压力p与孔径d的关系为-水银的表面张力(0.48N/m2)，-水银与细孔壁的接触角(=140°)通过测定水银体积与压力之间的关系即可求出孔径的分布情况1213生物活性碳(Biological Activated Carbon)n生物活性碳法是利用活性炭为载体，使炭在处理废水过程中炭表面上生成生物膜，产生活性炭吸附和微生物氧化分解有机物的协同作用的废水生物处理过程此法提高了对废水中有机物的去除率，增加了对毒物和负荷变化的稳定性，改善了污泥脱水及消化的性能，延长了活性炭的使用寿命，是一种以生物处理为主，同时具有物化处理特点的一项生物处理新技术142.2 吸附等温线与吸附速度吸附等温线与吸附速度 吸附平衡吸附平衡 1.定义定义  当吸附质的吸附速率当吸附质的吸附速率=解吸速率（即解吸速率（即V吸附吸附=V解吸解吸），即在单位时间内吸附数量），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的浓度浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液的浓度液的浓度C叫平衡浓度。

叫平衡浓度 15 2.吸附量吸附量q(g/g)  衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂（附平衡时，单位重量的吸附剂（g））所吸所吸附的吸附质的重量（附的吸附质的重量（g）                                                            （（10-1））式中：式中：V—废水容积；废水容积；W—活性炭投量，活性炭投量，g    C0—废水吸附质浓度（废水吸附质浓度（g/L））    C—吸吸附附平平衡衡时时水水中中剩剩余余的的吸吸附附质质浓浓度度(g/L) —平衡浓度平衡浓度   q=f(C、、T)，，当当T不不变变时时，，即即T恒恒定定，，则则q=f(C)，，叫吸附等温线叫吸附等温线 16 3.吸附等温线吸附等温线 在一定在一定T下，下，q随平衡随平衡浓度度C变化的曲化的曲线（（q=f(C)））叫吸附等温线用数学公式描述叫吸附等温线用数学公式描述则叫吸附等温式则叫吸附等温式4.吸附等温式（三种）吸附等温式（三种） 朗谬尔公式朗谬尔公式 表示表示I I型吸附等温线的有费兰德利希公式型吸附等温线的有费兰德利希公式 表示表示IIII型吸附等温线的有型吸附等温线的有BETBET公式公式  17 1.朗谬尔公式：朗谬尔公式：                                                                                                                   （（10-2）） 取倒数式：取倒数式： （（10-3））2. .费兰德利希经验公式：费兰德利希经验公式：  （（10-4）） 18 适于中等浓度吸附适于中等浓度吸附式中：式中：K、、n——常数；常数；            C——吸附质平衡浓度（吸附质平衡浓度（g/L））           q——吸附量吸附量取对数：取对数：                                    （（10-5））1/n越越小小，，吸吸附附性性能能越越好好，，1/n=0.1~0.5，，容容易吸附；易吸附；1/n>2，，则难吸附。

则难吸附1/n较大则采用连续吸较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附附，反之采用间歇吸附 19 3. .BET公式（多层吸附）公式（多层吸附） （（10-6））式中式中:qo—单分子吸附层的饱和吸附量单分子吸附层的饱和吸附量,g/gCs—吸附质的饱和浓度吸附质的饱和浓度,g/L         B——常数；常数；C——平衡浓度，平衡浓度，g/L  2021 BET公式可以适应更广泛的吸附现象公式可以适应更广泛的吸附现象※※吸附量吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要是选择吸附剂和吸附设备的重要参数，参数，q决定吸附剂再生周期的长短，决定吸附剂再生周期的长短，q越大，再生周期越长，再生剂用量及其越大，再生周期越长，再生剂用量及其费用越小费用越小q通过吸附试验来确定通过吸附试验来确定 22 取倒数：取倒数： (10 (10－－7)7)BETBET公式包括了朗谬尔公式：公式包括了朗谬尔公式： 设设 ，， 且且C<

设备容积就越小，反之亦然 24 吸附过程一般分为吸附过程一般分为3个阶段：个阶段：  1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 2.颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段 3.吸吸附附反反应应阶阶段段：：吸吸附附质质被被吸吸附附在在细细孔孔内内表面上 吸附反应速度非常快，吸附反应速度非常快，V主要取决于第主要取决于第I、、II阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）扩散）U=f(c、、d、、搅动搅动) 25       溶液浓度溶液浓度C↑，则，则U↑      颗粒直径颗粒直径d↓，则，则U↑     加强搅动，则加强搅动，则U↑     而而颗颗粒粒内内部部扩扩散散速速度度V=f（（细细孔孔大大小小与与构造，吸附质的构造，吸附质的d））吸附剂颗粒直径吸附剂颗粒直径d↓，，V↑   d的大小对内、外部扩散都有很大影响，的大小对内、外部扩散都有很大影响，d↓↓,V↑↑所以，粉末状活性炭比粒状活性所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小 26 2.2.3 吸附的影响因素吸附的影响因素1.吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。

吸附剂是否是极性分子等2.吸附质的性质：吸附质的性质：（（1）溶解度：越低越容易吸附，具有较大）溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响2）使液体表面自由能）使液体表面自由能W降低得越多的吸降低得越多的吸附质则越容易被吸附附质则越容易被吸附27 （（3）极性：）极性：极性吸附剂易吸附极性的吸附质极性吸附剂易吸附极性的吸附质                                                                    （物以类聚）（物以类聚）非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质4）吸附质分子的大小和不饱和度吸附质分子的大小和不饱和度活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物（（5）吸附质的浓度较低时，提高）吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量可增加吸附量以后以后C↑，，q增加很小，直至为一定值增加很小，直至为一定值 28 3.废水的废水的pH值值   活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。

中吸附效果较好4.共存物质：对于物理吸附，共存多种物共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差质时的吸附比单一物质时的吸附要差5.温度：对于物理吸附，温度：对于物理吸附，T高则不利，吸附高则不利，吸附量减少6.接触时间：应保证吸附达到平衡时的时接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度间，而该时间的大小取决于吸附速度V，，V大则所需时间短大则所需时间短292.3   吸附操作方式吸附操作方式2.3.1 静态吸附静态吸附   使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附操作叫静态吸附操作叫静态吸附2.3.2动态吸附动态吸附   废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸附30 1.吸附设备吸附设备（（1）固定床：吸附剂在床中是固定的，废）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自上而下流过吸附剂水自上而下流过吸附剂   单床式、多床串联式、多床并联式单床式、多床串联式、多床并联式   按水流方向又可分：升流式与降流式按水流方向又可分：升流式与降流式。

2）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间歇排出，每次卸出总填充量的歇排出，每次卸出总填充量的（（5~20））%，同时从塔顶投加等量再生，同时从塔顶投加等量再生炭或新炭炭或新炭3）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态 31 2.穿透曲线穿透曲线（（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用和状态，不再起吸附作用2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线绘制出的曲线叫穿透曲线3）穿透点：当出水吸附质浓度）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为为(0.05~0.10)Co时所对应的出水总体积或吸附时时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点间的穿透曲线上的那一点叫穿透点32 （（4）吸附终点：出水浓度）吸附终点：出水浓度Cb为为(0.90~0.95)Co时所对应的出水总体积的时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭点）。

点）5）吸附带长度）吸附带长度δ：从：从ta到到tb的的△△t时间内，时间内，吸附带所移动的距离叫吸附带长度吸附带所移动的距离叫吸附带长度δ（（6）吸附带的移动速度）吸附带的移动速度V吸附带吸附带=δ/△△ t <

以此类推进行连续吸附操作以此类推进行连续吸附操作    34 各柱的吸附量相等时的运行状态（面积各柱的吸附量相等时的运行状态（面积A=面积面积B）视为达到了稳定运行状态视为达到了稳定运行状态面积面积A为图为图10-1中第中第1条曲线与第条曲线与第2条曲线条曲线所包含的面积，面积所包含的面积，面积B为第为第2条曲线与第条曲线与第3条曲线所包含的面积条曲线所包含的面积35n多柱串联吸附操作36 3.吸附容量的利用吸附容量的利用   当吸附柱出水浓度达到穿透时，但此时当吸附柱出水浓度达到穿透时，但此时吸附柱内的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附柱内的吸附剂并未完全饱和，仍能吸附相当数量的吸附质，直至出水浓度吸附相当数量的吸附质，直至出水浓度等于等于Cb（吸附终点）为止这部分吸附（吸附终点）为止这部分吸附容量应该充分利用也即是充分利用吸容量应该充分利用也即是充分利用吸附带的吸附容量附带的吸附容量 37 （（1）采用多床串联操作（图）采用多床串联操作（图10-2）） I—II—III串联运行；串联运行； II—III—ⅣⅣ串联运行串联运行 III—ⅣⅣ—I串联运行串联运行。

38 （（2）采用升流式移动床操作（图）采用升流式移动床操作（图10-3））    从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从而充分利用了吸附剂的吸附容量从而充分利用了吸附剂的吸附容量3940流化床吸附流化床吸附 原水由底部升流式通过床层，吸附剂原水由底部升流式通过床层，吸附剂由上部向下移动由于吸附剂保持流化状由上部向下移动由于吸附剂保持流化状态，与水的接触面积增大，因此设备小而态，与水的接触面积增大，因此设备小而生产能力大，基建费用低生产能力大，基建费用低 流化床操作控制要求高，为防止吸附剂全塔混层，以充分流化床操作控制要求高，为防止吸附剂全塔混层，以充分利用吸附容量并保证处理效果，塔内吸附剂采用分层流化所利用吸附容量并保证处理效果，塔内吸附剂采用分层流化所需层数根据吸附剂的静活性、原水水质水量等决定需层数根据吸附剂的静活性、原水水质水量等决定 4142 2.3.3  吸附剂的再生吸附剂的再生   用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能重复使用的目的细孔中除去，以达到能重复使用的目的。

的   1.加热再生加热再生法：由脱水、干燥、炭化，活法：由脱水、干燥、炭化，活化、冷却等化、冷却等5步组成步组成   2.药剂再生药剂再生法：无机酸或法：无机酸或NaOH，有机溶，有机溶剂（苯、丙酮等）剂（苯、丙酮等）   3.化学氧化化学氧化法：电解氧化法，法：电解氧化法，O3氧化法，氧化法，湿式氧化法湿式氧化法   4.生物生物法：利用微生物的作用，将被活性法：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解炭吸附的有机物加以氧化分解4344种种        类类处处 理理 温温 度度主主   要要   条条   件件加热加热再生再生加热脱附加热脱附高温加热再生高温加热再生（炭化再生）（炭化再生）100～～200750～～950℃（（400～～500℃ ））水蒸气、惰性气体水蒸气、惰性气体水蒸气、燃烧气体、水蒸气、燃烧气体、CO2药剂药剂再生再生无机药剂无机药剂有机药剂（萃取）有机药剂（萃取）常温～常温～80℃常温～常温～80℃HCl、、H2SO4、、NaOH、氧化剂、氧化剂有机溶剂（笨、丙酮、有机溶剂（笨、丙酮、甲醇等）甲醇等）生物再生生物再生温式氧化分解温式氧化分解电解氧化电解氧化常温常温180～～220℃ 、加压、加压常温常温好气菌、厌气菌好气菌、厌气菌O2、空气、氧化剂、空气、氧化剂O2表表7-2   吸附剂再生方法吸附剂再生方法 452.4   吸附塔的设计吸附塔的设计2.4.1 博哈特博哈特——亚当斯计算法亚当斯计算法1.博哈特博哈特——亚当斯方程式亚当斯方程式                                                                       （（10-8））  式中：式中：t——工作时间，工作时间，h；；V——线速度，即空线速度，即空塔速度，塔速度，m/h；；  h——炭层高度，炭层高度，m；；Co——进水吸附质浓度，进水吸附质浓度，kg/m3  Ce——出水吸附质允许浓度，出水吸附质允许浓度，kg/m3  K——速率系数，速率系数，m3/（（kg·h）；）；No——吸附容吸附容量，即达到饱和时吸附剂的吸附量（量，即达到饱和时吸附剂的吸附量（kg/m3）。

 46 >>1，上式等号右边括号内的，上式等号右边括号内的1可可忽略不计，则工作时间忽略不计，则工作时间t：： （（10-9）） 临界高度临界高度ho：当：当t=0时，保证出水吸附质浓度时，保证出水吸附质浓度C不超过不超过Ca（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高度度 （（10-10）） ho即吸附带高度，即吸附带高度，ho↓吸附反应越快吸附反应越快47 2.模型试验模型试验——求临界高度求临界高度ho 48 截距：截距： ； ； ； 线速度（m/h）；以不同的V进行上述试验，将不同V时的No、K、ho作图，可分别得出K—V、No—V、ho—V三条曲线。

49 50 3.吸附塔设计吸附塔设计 已知废水设计流量已知废水设计流量Q（（m3/h），原水吸附质浓度），原水吸附质浓度Co，出水吸附质允许浓度，出水吸附质允许浓度Ce1）吸附工作时间）吸附工作时间t——吸附柱出水达到穿透点的吸附柱出水达到穿透点的时间，线速度时间，线速度 （（m/h）查图得出）查图得出K、、No、、ho （小时）（（小时）（10-11）） 51 （（2）活性炭每年更换次数）活性炭每年更换次数n（吸附剂再生次数）（吸附剂再生次数）                                                （次（次/a）（）（10-12））（（3）活性炭年消耗量）活性炭年消耗量W                                                   （（m3/a））  （（10-13））（（4）吸附质年去除量）吸附质年去除量G（（kg/a）：）：，，Co、、Ce均以均以mg/L为单位为单位(kg/a) （（10-14））   52 (5)吸附效率吸附效率E（（10-15））式中：式中： No——达到饱和时吸附剂的吸附量，（达到饱和时吸附剂的吸附量，（kg/m3））h——炭层高度；炭层高度；   ho——临界高度临界高度则则 ：：（（10-16）） 53例题¨某纺织厂在合成高聚合物后，洗涤水采某纺织厂在合成高聚合物后，洗涤水采用活性炭吸附处理。

处理水量用活性炭吸附处理处理水量（（Q））为为150m3/h,原水平均原水平均CODCr为为90mg/L,出水出水CODCr要求小于要求小于30mg/L.试根据下列设计试根据下列设计参数计算活性炭吸附塔的基本尺寸参数计算活性炭吸附塔的基本尺寸•（（1）该活性炭的吸附量）该活性炭的吸附量q=0.12gCOD/g碳碳•（（2）废水在塔中的下降流速）废水在塔中的下降流速v2=6m/h•（（3）接触时间）接触时间t=40min•（（4）碳层密度）碳层密度ρ=0.43t/m354 2.4.2 通水倍数法通水倍数法   按穿透时每按穿透时每kg吸附剂所通过的废水的体吸附剂所通过的废水的体积（积（m3）计算55设计    吸附容量的通水倍数：单位重量的炭可处理的水量若采用单柱吸附，则处理水量为Va，通水倍数为Va/M；若采用多柱串联，则每柱可处理水量增加到Vb，通水倍数为增加为Vb/M到达吸附终点时，去除的溶质总量相当于穿透曲线与过C0点的水平线之间的面积，可用图解积分求出： （11-29）56设计若为多柱串联，则串联级数为： （11-30）（11-31）5758习题¨某石油化工厂拟采用活性炭吸附法对炼油某石油化工厂拟采用活性炭吸附法对炼油废水进行处理。

处理水量为废水进行处理处理水量为Q=800m3/h, 进水进水COD浓度为浓度为C0=100mg/L,要求出水的要求出水的CODCr浓度为浓度为Ce=30mg/L.试根据下列数试根据下列数据计算吸附塔的主要工艺尺寸（采用间歇据计算吸附塔的主要工艺尺寸（采用间歇式固定床吸附塔）式固定床吸附塔）•（（1）通水倍数）通水倍数w=6.0m3/kg•（（2）空塔速度）空塔速度v=10m/h•（（3）接触时间）接触时间t=30min•（（4）碳层密度）碳层密度ρ=430kg/m3592.4.3   吸附法在废水处理中的应用吸附法在废水处理中的应用1.活性炭对有机物的吸附活性炭对有机物的吸附   特别适合于难降解的有机物和用一般方特别适合于难降解的有机物和用一般方法难以去除的溶解性有机物法难以去除的溶解性有机物——用吸附用吸附实验确定去除率实验确定去除率60 2.  对无机物的吸附对无机物的吸附   活性炭对金属具有很强的吸附能力活性炭对金属具有很强的吸附能力3. 废水吸附法处理实例废水吸附法处理实例1）染料化工废水处理染料化工废水处理2）铁路货车洗刷废水处理铁路货车洗刷废水处理3）火药（）火药（TNT）化工废水处理。

化工废水处理61¨4、、某工业废水拟用活性炭某工业废水拟用活性炭A和和B吸附有吸附有机物（以机物（以BOD表示），表示），经静态吸附实验经静态吸附实验获得如表获得如表3－－1中的平衡数据，试求两种中的平衡数据，试求两种炭的吸附等温式，并选择活性炭的种类，炭的吸附等温式，并选择活性炭的种类，说明选择的主要依据是什么？说明选择的主要依据是什么？62表表表表3 3－－－－1  1  吸附平衡数据（吸附平衡数据（吸附平衡数据（吸附平衡数据（1L1L废废水水水水样样中加入活性炭中加入活性炭中加入活性炭中加入活性炭1g1g））））废水初始浓度废水初始浓度（（mg/L）） 平衡浓度平衡浓度（（mg/L））活活 性性 炭炭 A平衡浓度平衡浓度（（mg/L））活活 性性 炭炭 B100.520.5201.21.05402.92.38011.15.916030.022.232080.160.263 5、活性炭吸附试验结果如下、活性炭吸附试验结果如下：（（1）求弗罗德利希（）求弗罗德利希（Freundlich）吸附公式的）吸附公式的K和和n值烧杯编号烧杯编号 活性炭量活性炭量（（mg））平衡浓度平衡浓度（（mg/L））（（mg/mg）） 1075.0 — 25044.0 0.124 310030.0 0.089 420017.5 0.0575 55006.7 0.0272 68003.9 0.0177 710003.0 0.0144 64处理能力，处理能力，m3/d1859567720378.516000除去的污染物除去的污染物染料染料杀虫剂杀虫剂酚酚多元醇多元醇炼油废水炼油废水COD进水中有机物浓进水中有机物浓度，度，mg／／L20050—200400—2500700250出水浓度，出水浓度，mg／／L无颜色无颜色酚＜酚＜1＜＜1≤2＜＜30流速，流速，m3／／min1.320.360.50.2611接触时间，接触时间，min40--44537520—2450活性炭规格，活性炭规格，mm12×4012×4O8×308×30活性炭用量，活性炭用量，m356.68吨／塔吨／塔36.8384--578(kg/d)260吨吨吸附床吸附床(池池)尺寸，尺寸，mφ2．．9φ2.44×10.7(2个个)φ3.25×9.3φ1.2×4.63.6×3.6×7.8装置类型装置类型升沉式移升沉式移动床动床升流式移升流式移动床串联动床串联降流固降流固定床定床升流式移动升流式移动床床降流式吸降流式吸附滤池附滤池表表7-4 部分工业废水吸附处理实例部分工业废水吸附处理实例65思考题思考题1、何谓吸附等温线？常见的吸附等温线有哪几、何谓吸附等温线？常见的吸附等温线有哪几种类型？吸附等温式有哪几种形式及应用场合种类型？吸附等温式有哪几种形式及应用场合如何？如何？2、什么叫生物活性炭法，有什么特点？、什么叫生物活性炭法，有什么特点？3、什么物质易为活性炭吸附？什么物质难于被、什么物质易为活性炭吸附？什么物质难于被吸附？吸附？4、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容量、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容量如何利用？如何利用？66常见吸附分离（吸附剂）● ● 活性炭和分子筛活性炭和分子筛 ● ● 巯基棉纤维和泡沫塑料巯基棉纤维和泡沫塑料 ● ● 大孔性吸附树脂大孔性吸附树脂 ● ● 硅胶、氧化铝等吸附剂硅胶、氧化铝等吸附剂 ● ● 纳米材料纳米材料 ● ● 壳聚糖壳聚糖 ● ● 磁微球等磁微球等67活性炭分离活性炭分离    活活性性炭炭是是常常用用的的吸吸附附剂剂，，表表面面积积约约100 ~ 1000 m2 /g ，，粒粒度度< 90  m 应应占占97%以以上上。

活活性性炭炭是是一一种种非非极极性性吸吸附附剂剂，，较较易易吸吸附附极极性性较较小的分子小的分子  在在分分析析上上，，活活性性炭炭可可用用来来吸吸附附、、气气体体有有机机物物，，也也可可以以在在多多元元素素富富集集中中作作为为痕痕量量载载体体应应用用活活性性炭炭的的吸吸附附速速度度一一般般较较快快，，通通常常只只要要把把活活性性炭炭与与试试液液共共振振荡荡3-5分分钟钟，，接接着着用用滤滤纸纸过过滤滤，，即可定量吸附待测成分即可定量吸附待测成分68活性炭的预处理活性炭的预处理  分分别别用用48 % HF，，12M HCl洗洗涤涤，，除除去去杂杂质质定量分离时应做空白实验定量分离时应做空白实验I    精制有机物常用活性炭脱色精制有机物常用活性炭脱色II   高纯金属微量杂质的分离分析高纯金属微量杂质的分离分析69分子筛分离分子筛分离     分分子子筛筛是是一一种种晶晶态态的的金金属属硅硅铝铝酸酸盐盐矿矿物物它它具具有有高高度度选选择择性性吸吸附附性性能能，，是是由由于于其其结结构构形形成成许许多多与与外外部部相相通通的的均均一一微微孔孔凡凡是是比比分分子子筛筛孔孔径径小小的的分分子子可可通通入入孔孔道道中中，，而而较较大大者者则则留留在在孔孔外，借此筛分各种分子大小不同的混合物。

外，借此筛分各种分子大小不同的混合物  分分子子筛筛主主要要用用于于气气态态物物的的分分离离和和有有机机溶溶剂剂痕痕量水的除去实验室一般采用量水的除去实验室一般采用4-5A的分子筛的分子筛70巯巯基棉纤维分离基棉纤维分离    巯基棉可以定量吸附水溶液中多种微量重巯基棉可以定量吸附水溶液中多种微量重金属离子和某些非金属离子，具有富集倍数金属离子和某些非金属离子，具有富集倍数大、吸附效率高、吸附速度快、选择性强、大、吸附效率高、吸附速度快、选择性强、解脱性能好、制备简单、操作简便和易于推解脱性能好、制备简单、操作简便和易于推广等优点广等优点71巯基纤维素的制备巯基纤维素的制备  巯巯基基棉棉纤纤维维是是将将巯巯基基(HS-)连连接接在在棉棉花花的的大大分分子子链链上上而而制制成成它它的的吸吸附附性性能能取取决决于于棉棉花花纤维比表面上巯基的数量纤维比表面上巯基的数量  制备方法：制备方法：20ml硫代乙醇加上硫代乙醇加上14ml乙酸，乙酸，混匀，低加混匀，低加2滴浓硫酸，混匀并冷至室温，在滴浓硫酸，混匀并冷至室温，在加上加上4脱脂棉浸湿，并于室温脱脂棉浸湿，并于室温( 25℃)下放置下放置24小时，分别用自来水、蒸馏水洗至中性，小时，分别用自来水、蒸馏水洗至中性，挤干水，放入挤干水，放入37-38 ℃烘箱中晾干，密闭、烘箱中晾干，密闭、避光和低温下保存。

避光和低温下保存72巯基纤维素的吸附性能巯基纤维素的吸附性能  巯巯基基棉棉纤纤维维对对各各种种金金属属元元素素的的结结合合能能力力有有着着明明显显的差异，其强弱顺序基本上符合的差异，其强弱顺序基本上符合软硬酸碱原则软硬酸碱原则：：Pt（（Ⅱ））-Pd（（Ⅱ））>Au（（Ⅲ））-Se（（ Ⅳ）） >Te（（ Ⅳ）） >As（（ Ⅲ）） >Hg（（ Ⅱ）） -Ag（（Ⅰ））>Sb（（Ⅲ））>Bi（（Ⅲ））>Sn（（Ⅱ））>CH3Hg＋＋>In（（Ⅲ））-Pb（（Ⅱ））>Cd（（Ⅱ））>Zn（（Ⅱ））   巯巯基基棉棉对对碱碱金金属属、、碱碱土土金金属属无无亲亲和和性性；；而而对对亲亲硫硫元元素素吸吸附附性性能能好好各各种种亲亲硫硫的的金金属属成成分分可可与与较较高高浓浓度度的的K＋＋、、Na＋＋、、Mg2＋＋、、Ca2＋＋、、Sr2＋＋、、Fe3＋＋、、Mn2＋＋、、Cr3＋＋分离73应用应用Ø 水、粮食和土壤中水、粮食和土壤中W的测定的测定  微微分分脉脉冲冲极极谱谱催催化化波波法法，，Mo有有干干扰扰控控制制pH2-7试试液液流流过过巯巯基基棉棉，，W被被定定量量吸吸附附，，用用6N HNO3洗洗脱后测定。

脱后测定Ø 化学发光测定水、血液和矿石中化学发光测定水、血液和矿石中Co  Hg（（Ⅱ））、、Bi（（Ⅲ））、、 Pb（（Ⅱ））、、 Cu（（Ⅱ））干干扰扰Co的的化化学学发发光光测测定定在在pH4条条件件下下，，让让试试液液流流过巯基棉，干扰离子被吸附，流出液可直接测定过巯基棉，干扰离子被吸附，流出液可直接测定 74聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料     泡沫塑料广泛用于各种介质中痕量无机及泡沫塑料广泛用于各种介质中痕量无机及有机化合物的富集分离，即它们可在稀溶液有机化合物的富集分离，即它们可在稀溶液中选择吸附多种有机和无机化合物，如油、中选择吸附多种有机和无机化合物，如油、苯、三氯甲烷、苯酚以及苯、三氯甲烷、苯酚以及I2、、Hg（（Ⅱ）、）、Au（（Ⅲ）、）、Fe（（Ⅲ）、）、Sb（（Ⅴ）、）、Tl（（Ⅲ）、）、Re（（Ⅲ）、）、Mo（（Ⅵ）、）、U（（Ⅵ）等75聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料对聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料对Au、、Tl的吸附的吸附  聚聚氨氨基基甲甲酸酸乙乙酯酯泡泡沫沫塑塑料料由由于于含含有有聚聚醚醚氧氧结结构构，，适适宜宜于于接接受受1，，2价价络络阴阴离离子子，，它它的的吸吸附附类类似似于于阴阴离离子子交交换换树树脂脂的的行行为为，，有有较较好好的的选选择择性性。

等等以以离离子子形形式式存存在在时时，，几几乎乎不不被被泡泡塑塑吸吸附附，，只只有有以以（（MeX4））-型型络络离离子子时，泡塑吸附才有可能时，泡塑吸附才有可能           环境样品中有机污染物的富集环境样品中有机污染物的富集  聚聚氨氨酯酯类类泡泡沫沫可可用用于于富富集集痕痕量量有有机机污污染染物物，，如如空空气气中中PAHs，或水中的，或水中的PAHs、有机杀虫剂和苯酚等有机杀虫剂和苯酚等  76大孔性吸附树脂大孔性吸附树脂大孔性树脂的特性大孔性树脂的特性 大大孔孔吸吸附附树树脂脂是是一一种种不不含含交交换换基基团团的的, , 具具有有大大孔孔结结构构的的高高分分子子吸吸附附剂剂这这是是一一种种新新型型的的介介于于离离子子交交换换树树脂脂和和活活性性炭炭之之间间的的优优良良吸吸附附剂剂通通常常大大孔孔性性树树脂脂是是聚聚苯苯乙乙烯烯和和二二乙乙烯烯苯苯的的共共聚聚物物，，它它们们具具有有多多孔孔性性的的巨巨大网状结构大网状结构77 大孔吸附树脂具有吸附容量大、选择性好、大孔吸附树脂具有吸附容量大、选择性好、易于解吸、机械强度高、再生处理简便、吸易于解吸、机械强度高、再生处理简便、吸附速度快等优点附速度快等优点, , 特别适用于从水溶液中分特别适用于从水溶液中分离低极性或非极性化合物。

离低极性或非极性化合物78大孔吸附树脂的应用大孔吸附树脂的应用Ø XAD--2对对PAH’s、烷基苯、农药和除莠剂的富集、烷基苯、农药和除莠剂的富集GDX-101对对污污水水中中吡吡啶啶碱碱硝硝基基物物苯苯胺胺类类等等微微量量有有机机化化合合物物吸吸附附效效果果很很好好，，再再用用CS2萃萃取取洗洗脱脱进进行行GC--FID分分析析可可满满足足排排放放污水监测要求污水监测要求 Ø 氨氨基基糖糖甙甙样样品品脱脱盐盐：：将将碱碱性性水水溶溶液液的的氨氨基基糖糖甙甙，，通通过过大大孔孔吸吸附附树树脂脂，，氨氨基基糖糖甙甙能能形形成成集集中中的的吸吸附附带带，，而而盐盐溶溶液液则则快快速速通通过过树树脂脂柱柱，，去去盐盐后后可可用用(10 - 20) %的的含含水水醇醇或或丙丙酮酮洗洗脱脱吸吸附物Ø 冬冬虫虫夏夏草草有有效效成成分分的的吸吸附附分分离离：：H-103吸吸附附树树脂脂对对核核苷类化合物和芳香性氨基酸而与糖类和非芳香性氨基酸分离苷类化合物和芳香性氨基酸而与糖类和非芳香性氨基酸分离79纳米分离富集材料分析科学学报，2000，16（4）：300  “纳米二氧化钛分离富集和ICP-AES测定水样中Cr(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)”  纳米材料是近年来受到广泛重视的新兴材料，纳米粒纳米材料是近年来受到广泛重视的新兴材料，纳米粒子的粒径在子的粒径在1-100nm之间，属于原子簇与宏观物体交之间，属于原子簇与宏观物体交界的过渡状态，它既非典型的微观体系，又非典型的界的过渡状态，它既非典型的微观体系，又非典型的宏观体系，具有一系列新异的物理化学特性，具备一宏观体系，具有一系列新异的物理化学特性，具备一些优于传统材料的特殊性能。

其中一点是随着粒径的些优于传统材料的特殊性能其中一点是随着粒径的减少，表面原子数迅速增大，表面积、表面能和表面减少，表面原子数迅速增大，表面积、表面能和表面结合能都迅速增大，表面原子周围缺少相邻的原子，结合能都迅速增大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易于其它原子相结合而稳定下来，因具有不饱和性，易于其它原子相结合而稳定下来，因而具有很大的化学活性而具有很大的化学活性80  研究表明，纳米材料对许多过渡金属离子具有很强研究表明，纳米材料对许多过渡金属离子具有很强的吸附能力，且具有较高的选择性，是痕量元素分析的吸附能力，且具有较高的选择性，是痕量元素分析较为理想的分离富集材料较为理想的分离富集材料  在在pH6.5条件下，纳米二氧化钛对溶液中的条件下，纳米二氧化钛对溶液中的Cr(Ⅲ) 选择性吸附，通过选择性吸附，通过ICP-AES测定对水样测定对水样Cr进行形态进行形态分析  二氧化钛为两性化合物，在中性或弱碱性条件下带二氧化钛为两性化合物，在中性或弱碱性条件下带负电，它可以选择性地吸附负电，它可以选择性地吸附Cr3+，而，而Cr(Ⅵ) 以酸根以酸根离子存在不被吸附离子存在不被吸附。

 问题：问题：富勒烯可以作为分离富集材料吗？富勒烯可以作为分离富集材料吗？81壳聚糖吸附壳聚糖吸附脱乙酰化脱乙酰化1 1、衍生、衍生2 2、配位、配位    壳聚糖中的壳聚糖中的-NH2基非常活泼，可直接与金属离子发生螯合，基非常活泼，可直接与金属离子发生螯合，同时同时-OH基也具有活性功能，也可以与金属离子发生作用基也具有活性功能，也可以与金属离子发生作用 82 甲甲壳壳素素（（ＣＣｈｈｉｉｔｔｉｉｎｎ））是是一一种种线线性性氨氨基基多多糖糖，，广广泛泛存存在在于于节节足足动动物物类类（（蜘蜘蛛蛛类类、、甲甲壳壳类类））的的翅翅膀膀或或外外壳壳中中甲甲壳壳素素的的化化学学名名为为β－－（（１１，，４４））－－２２－－乙乙酰酰氨氨基基－－２２－－脱脱氧氧－－ＤＤ－－葡葡聚聚糖糖，，也也称称为为聚聚（（ＮＮ－－乙乙酰酰基基－－ＤＤ－－葡葡糖糖胺胺））由由于于－－ＯＯ…ＨＨ－－ＯＯ－－型型及及－－ＯＯ…ＨＨ－－ＮＮ－－型型氨氨键键的的作作用用，，使使甲甲壳壳素素大大分分子子间间存存在在有有序序结构  壳壳聚聚糖糖（（ＣＣｈｈｉｉｔｔｏｏｓｓａａｎｎ简简称称ＣＣＳＳ））是是由由甲甲壳壳素素经经脱脱乙乙酰酰化化反反应应转转化化变变成成的的分分子子量量为为１１２２～～５５９９万万的的生生物物大大分分子子。

壳壳聚聚糖糖的的化化学学名名为为聚聚（（１１，，４４））－－２２－－氨氨基基－－２２－－脱脱氧氧－－β－－ＤＤ－－葡葡聚聚糖糖其其分分子子链链中中因因脱脱乙乙酰酰基基不不完完全全通通常常含含有有２２－－乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖和和２２－－氨氨基葡萄糖两种结构单元基葡萄糖两种结构单元83  由于甲壳素、壳聚糖及其衍生物具有吸附、离子交换和潜在由于甲壳素、壳聚糖及其衍生物具有吸附、离子交换和潜在分子手性等特性，它们在分析测试中的具有一定的应用，包分子手性等特性，它们在分析测试中的具有一定的应用，包括复杂样品的分离富集、新型分离材料、膜分离以及手性拆括复杂样品的分离富集、新型分离材料、膜分离以及手性拆分等 （（1）在光度分析中的应用）在光度分析中的应用  一般认为，壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子一般认为，壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子Hg2+，，Ni2+，，Pb2+，，Cd2+，，Cr3+，，Mg2+，，Zn2+，，Cu2+，，Fe3+都都可形成稳定的螯合物在分析测试中也可以用于复杂样品中可形成稳定的螯合物在分析测试中也可以用于复杂样品中痕量金属元素的分离富集痕量金属元素的分离富集。

2）在电分析中的应用）在电分析中的应用  甲甲壳壳素素、、壳壳聚聚糖糖在在电电分分析析方方面面的的应应用用主主要要在在修修饰饰电电极极和和传传感感器两个方面器两个方面84（（3）色谱与电泳）色谱与电泳  组成壳聚糖的每个氨基葡糖含有一个伯胺基和两个羟基，因此，在色谱分离过程中，分析物与壳聚糖固定在色谱分离过程中，分析物与壳聚糖固定相之间可能存在三种不同的相互作用：氨基质子化引相之间可能存在三种不同的相互作用：氨基质子化引起的阴离子交换作用，羟基的吸附作用以及其它疏水起的阴离子交换作用，羟基的吸附作用以及其它疏水作用哪一个因素起主要作用取决于流动相的性质哪一个因素起主要作用取决于流动相的性质在色谱和电泳分析方面的主要应用有亲合色谱、毛细管电泳添加剂和手性色谱固定相等方面 85  从从70 年代起，甲壳素和壳聚糖作为一类有效的分离介质，陆年代起，甲壳素和壳聚糖作为一类有效的分离介质，陆续在分析化学杂志上有些报道续在分析化学杂志上有些报道 甲壳素、壳聚糖及其衍生物具甲壳素、壳聚糖及其衍生物具有吸附、离子交换和潜在分子手性等特性，它们在分析测试中有吸附、离子交换和潜在分子手性等特性，它们在分析测试中的具有一定的应用，包括复杂样品的分离富集、新型分离材料、的具有一定的应用，包括复杂样品的分离富集、新型分离材料、膜分离以及手性拆分等。

膜分离以及手性拆分等   如甲壳素、壳聚糖分子具有大量活性的如甲壳素、壳聚糖分子具有大量活性的-OH和和-NH2，它们对，它们对重金属离子具有较强的选择性吸附，且吸附和解吸速度快，同重金属离子具有较强的选择性吸附，且吸附和解吸速度快，同时还具有性质稳定，来源丰富，制备简单，可重复使用等优点时还具有性质稳定，来源丰富，制备简单，可重复使用等优点因此作为一种新型的金属阳离子吸附剂，它们已受到人们的关因此作为一种新型的金属阳离子吸附剂，它们已受到人们的关注人们对甲壳素、壳聚糖的吸附机理进行了研究一般认为，注人们对甲壳素、壳聚糖的吸附机理进行了研究一般认为，壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子壳聚糖能通过分子中的氨基，羟基与金属离子Hg2+，，Ni2+，，Pb2+，，Cd2+，，Cr3+，，Mg2+，，Zn2+，，Cu2+，，Fe3+都可形成稳定的螯都可形成稳定的螯合物 86  甲壳素、壳聚糖的对重金属良好的吸附性质，除了在分析甲壳素、壳聚糖的对重金属良好的吸附性质，除了在分析测试中也可以用于复杂样品中痕量金属元素的分离富集，在测试中也可以用于复杂样品中痕量金属元素的分离富集，在环境保护中的废水处理有广泛的应用。

环境保护中的废水处理有广泛的应用   壳聚糖富集分光光度法测定水中痕量镍壳聚糖在壳聚糖富集分光光度法测定水中痕量镍壳聚糖在pH约为约为6.5，富集速度为，富集速度为3-4ml/min下，用下，用H2SO4(1ml/min)洗脱，利洗脱，利用丁二酮肟分光光度法测定镍用丁二酮肟分光光度法测定镍(Ⅱ)脱乙酰度为脱乙酰度为54.5%为最为最佳  此外，甲壳素此外，甲壳素/壳聚糖也可以用于有机物的吸附分离例如壳聚糖也可以用于有机物的吸附分离例如壳聚糖对酸性染料的吸附作用，被认为壳聚糖对酸性染料分壳聚糖对酸性染料的吸附作用，被认为壳聚糖对酸性染料分子表现出的较强的吸附能力，主要是其分子链中的游离氨基子表现出的较强的吸附能力，主要是其分子链中的游离氨基与酸性染料分子中磺酸根负离子键合作用的结果与酸性染料分子中磺酸根负离子键合作用的结果 87磁微球在生化分离中的应用磁微球在生化分离中的应用（景晓燕、朱果逸等，分析化学，1999，27：1462）         磁分离技术利用外加磁场作用使具有磁性物质分离：磁分离技术利用外加磁场作用使具有磁性物质分离：●燃煤脱硫燃煤脱硫 ●大气除（磁性）粉尘大气除（磁性）粉尘  ●（磁性）废水处理（磁性）废水处理  磁微球是以金属或金属氧化物为核，外面包被带有磁微球是以金属或金属氧化物为核，外面包被带有活性基团物质的一种新型生物分离材料。

微球通过其活性基团物质的一种新型生物分离材料微球通过其活性基团与化学、生化和生物物质连接后，利用其顺活性基团与化学、生化和生物物质连接后，利用其顺磁性外加一定磁场实现与介质的分离磁性外加一定磁场实现与介质的分离    磁核：磁核：Fe3O4    表面活性基团：表面活性基团：-OH、、-COOH、、 -NH2、、-CONH288。