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分离过程第6章吸附liupingl

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第六章吸附分离课件

第六章吸附分离课件

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13
孔径和比表面积是评价吸附剂性能的重要参
数。一般来说，孔径越大，比表面积越小。比表 面积直接影响溶质的吸附容量，而适当的孔径有 利于溶质在空隙中的扩散，提高吸附容量和操作 速度。
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14
• 离子交换剂（ion exchanger）
也称离子交换树脂。
由三部分组成：不溶性的三维空间网状结构 构成的树脂骨架；与骨架相连的功能基团；与功 能基团所带电荷相反的可移动的离子。
利用固体吸附的原理从液体或气体中除去有害成 分或分离回收有用目标产物的过程称为吸附操作。
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3
• 马王堆中有木炭，可能用于 吸湿和防腐? ...
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4
• 冰箱中除臭，活性炭。 • 工业应用，产品分离、脱色。
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5
吸附种类：物理吸附、化学吸附、离子交换
• 物理吸附 吸附剂和吸附物通过分子间力（范德华力）
第六章 吸附分离技术和理论
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1
6.1 吸附分离介质 6.2 吸附平衡理论 6.3 吸附过程传质动力学 6.4 固定床吸附 6.5 固定床吸附过程理论 6.6 膨胀床吸附 6.7 移动床和模拟移动床吸附 6.8 搅拌釜吸附
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2
• 吸附（adsorption） 溶质从液相或气相转移到固相的过程。
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18
阴离子交换剂
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19
• 强碱性阴离子交换剂 一种含三甲胺基称为强碱I型，另一种含二甲
基-β-羟基-乙基胺基团，称为II型。对使用的pH范 围没有限制。
• 弱碱性阴离子交换剂 功能团可以是伯胺基-NH2、仲胺基=NH、叔

第06章 吸附提取技术 生物分离工程ppt

第06章 吸附提取技术 生物分离工程ppt

R －SO 3H R －SO 3 + H + → R －SO 3 + Na + R －SO 3 Na →
强酸性树脂离解能力很强，在酸性或碱性溶液中 都能离解和产生离子交换作用， 使用时pH没有限制。
−
−
磺丙基交换基团为—(CH2)3SO3H，离解H+，呈 磺丙基 强酸性。 sulphopropyl，记作SP。
生化专用离子交换剂
用于生物大分子分离的吸附剂：需要高的亲水 性和较大孔径，以减少非特异性吸附，大分子 易进入吸附剂内部，提高实际交换容量。
(1) 纤维素类 离子交换纤维是最早用于生物大分子分离的 介质，具有松散的亲水网络、大孔、大的表面积等优点。 (2)葡聚糖系 Sephadex离子交换剂不溶于水及各种溶剂。 葡聚糖系 避免强酸强碱溶液， 具有较高的吸附容量。 另外，还有琼脂糖系离子交换剂（Sepharose)， 聚丙烯酸 羟乙基酯系离子交换剂等。
(6-10)
(6-11)
6.2 固定床吸附过程分析
6.2.1 间歇吸附
F为进料量， A为吸附剂量，C 0和C 分别为进 料和吸附残液中吸附质浓度，q 0和q 分别为吸 附剂初始和最终的吸附量。
Freundlich吸附等温曲线 吸附等温曲线 Langmiur吸附等温曲线 吸附等温曲线 质量衡算 操作线方程
F 2 q = q 0 + (C 0 − C ) = 0 + (0.58 − C ) A 8 即 q = 0.145 − 0.25C
作曲线q＝0.68C 0.38和直线。 交点为 q＝0.14kg／kg，C＝0.0155kg／m3。 故类固醇吸附回收率为：
0.58 − 0.0155 × 100% = 97.3% 0.58

第六章 吸附分离

第六章 吸附分离
吸附剂通称离子交换剂 ion exchanger 离子交换树脂 ion exchange resin
第六章 吸 附 分 离
1. 离子交换吸附特点
1） 吸附剂其它性质不变，对相反离子的吸附是动态 平衡过程。 2）吸附强弱与吸附剂表面的电荷密度有关。 3）吸附强弱取决于被吸附离子的电荷数与离子的水 化半径大小。离子带电荷越多，在吸附剂表面的吸 附力越强；电荷相同时，水化半径越小，越易被吸 附。 4）吸附有电性选择性，吸附相反电荷离子。
第六章 吸 附 分 离
产生吸附原因---吸附作用力 物理吸附，化学吸附，固液相多种相互作用力
离疏亲 子水和 交作吸 换用附 吸吸 附附
第六章 吸 附 分 离
3. 吸附剂（adsorbent）
固体表面对溶质的吸附作用是由固体的表面力所引 起。表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂，是 吸附作用的主体。
第六章 吸 附 分 离
吸引力
合力
5）作用力与分子间距关系 分子间距离大时，范德华力
较弱。分子间距离小，范德
吸引力
华力增大，有利于分子间吸
附。当距离过小时，产生推
距离
0
A
推斥力
B 斥力。 最佳距离为吸附分子中心间
的距离比一个分子半径稍大
一点OA， 吸附物分子处于
最稳定状态。
推斥力
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
一、吸附分离概述 二、吸附的理论基础 三、离子交换吸附 四、生物分子的吸附类型 五、吸附分离工艺
第六章 吸 附 分 离
一. 吸附分离概述
1. 吸附（adsorption） 吸附是相转移过程，溶质从气相或液相转移到固相
发生在表面----吸附？？ 发生在全相----吸收？？

第6章 吸附分离技术与理论

第6章 吸附分离技术与理论

BIoseparatIon EngIneerIng
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：
（1）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 （2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物
BIoseparatIon EngIneerIng

亲水或极性吸附剂
适用于非极性或极性较小的溶媒。如硅胶、氧化铝， 活性土皆属此类。 另外，吸附剂可以是中性、酸性或碱性。碳化钙、硫
酸镁等属中性吸附剂。氧化铝、氧化镁等属碱性吸附剂。
酸性硅胶、铝硅酸属酸性吸附剂。 碱性的吸附剂适宜于吸附酸性的物质，而酸性的吸附 剂适宜干吸附碱性的物质。氧化铝及某些活性土为两性化 合物，因为经酸或碱处理后很容易获得另外的性质。
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。
BIoseparatIon EngIneerIng
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； （2）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；
（4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待
处理流体以保证吸附剂的数量和性质； （5）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；
常用的离子交换树脂

BIoseparatIon EngIneerIng

第六章吸附分离法

第六章吸附分离法
•离子交换吸附(ion exchange)：环境中大部分胶体带负电荷，容 易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的 其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附 。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓 度和吸附剂的性质有关。
专属吸附 (special sorption)：指在吸附过程中，除了化学键作用 外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可以 使表面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表 面上。
Q = Q0·C /(A+C) 1/Q = 1/Q0 + (A/ Q0)(1/C) Q0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A——常数，表示达到1/2 Q0时的平衡浓度。
G
G
lgG
H型
c
G
F型 c
lgK
F型
lgc
1/G
G0/2
当溶0质A浓度甚L型低时，c可能在初始阶段呈现 HL型型，当浓1/c度较高 时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： (1) 选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能不稳定。
4
第一节 吸附法基本概念
一、吸附： 物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体 表面从而达到分离的过程称为吸附作用 (adsorption)，在表面上能发生吸附作用 的固体微粒称为吸附剂（adsorbent），而 被吸附的物质称为吸附物（adsorbate）。
三、影响吸附的因素
（一）吸附剂 吸附容量：比表面积、种类、活化状况 吸附速度：颗粒度、孔径 机械强度
15
（二）吸附物 能使表面张力降低的物质，易为吸附 溶解度：较小易吸附 极性吸附剂易吸附极性吸附物 同系物吸附量变化有规律 氢键

08第六章-吸附分离法

08第六章-吸附分离法
较少引起生物活性物质的变性失活。
缺点：
(1)选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能和吸附条件不稳定。 (3)不能连续操作，劳动强度大 (4)碳粉等吸附剂有粉尘污染
5
第一节 吸附法基本概念和吸附原理 第二节 常用吸附剂 第三节 大孔网状聚合物吸附剂
第一节 吸附法基本概念和吸附原理
一、吸附基本概念：
在等吸附容量情况下，表示温度和压力的关系曲线称为 吸附等容线。
应用最广的吸附等温线。
吸附等温线
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， m=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，可用来推断吸附 剂结构、吸附热和其他理化特性。
常用吸附剂
按其化学结构可分为两大类 无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土、磷酸钙 有机吸附剂：活性炭、淀粉、纤维素、大孔吸附树脂等
一、活性炭(activated carbon )
一种被广泛应用的优良的吸附剂。 是吸附能力很强的非极性吸附剂 对色素、细菌和热原等杂质有很强的吸附能力。 一般用木屑、兽骨、兽血或煤屑等为原料高温
2
典型的吸附过程包括四个步骤：
待分离料液与吸附剂混合、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。
料液与吸附剂 混合
Step1
吸附质被吸附 在吸附剂表面
Step2
料液流出 Step3
吸附质解吸附 吸附剂再生
Step4
4
优点：
(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，
活性炭酸性 中性吸附 碱性洗脱

第六章 吸附分离法


操作过程
预处理
上样
吸附
洗杂
洗脱
再生
大孔网状聚合物吸附剂应用
应用广泛，如四环素、土霉素、竹桃霉素、 应用广泛，如四环素、土霉素、竹桃霉素、 红霉素、林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、 红霉素、林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、 维生素B 及头孢菌素C等 维生素 12及头孢菌素 等
33
红霉素的分离纯化
34
SIP-1300大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧 大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧 化酶
3
第一节 吸附的基本原理 第二节 常用吸附剂 第三节 大孔网状聚合物吸附剂
第一节 吸附法基本原理
一、吸附作用
界面上的分子同时受到不相等的两相分子的作 界面上的分子同时受到不相等的两相分子的作 用力，界面分子的力场不饱和，即存在一种固 用力，界面分子的力场不饱和，即存在一种固 体的表面力，能从外界吸附分子、原子或离子， 体的表面力，能从外界吸附分子、原子或离子， 并在吸附剂表面附近形成多分子层或单分子层。 并在吸附剂表面附近形成多分子层或单分子层。
粉状活性炭
纤维状活性碳 o 园柱形活性炭
粉状活性炭 o 不定型颗料活性炭
颗粒活性炭 o 球形活性炭
溶剂中吸附能力：
水>乙醇>甲醇>乙酸乙酯>丙酮>二氯甲烷
吸附物分子结构对吸附性能影响：
对有极性基团的化合物吸附力大 对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物 对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的
辅酶A制备 辅酶 制备
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一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构
据骨架极性强弱分为 非极性、中等极性、极性、 非极性、中等极性、极性、强极性吸附剂 美国罗姆-哈斯公司： 系列； 美国罗姆 哈斯公司：Amberlite系列； 哈斯公司 系列 日本三菱化成公司： 系列。 日本三菱化成公司：Diaion系列。 系列

第六章吸附分离法


能吸附非极性化合物和极性化合物
24
CoQ10制备
•
25
洗脱剂的选择
• 极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大； • 非极性溶质：极性小的溶剂洗脱能力就大。
• 常用洗脱剂排序（极性增大）： 石油醚<甲苯< 乙醚<氯仿< 乙酸乙酯< 丙酮< 乙醇< 甲醇 <水 <乙酸
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氧化铝或硅胶为吸附剂
• 洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性。
洗 脱 液 — — — — → 粗 制 品 — — — — — — → 溶 解 液 — — — — → 结 晶 (放 线 酮 9 0 % ) 用醋酸丁酯溶解 活性炭
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第三节 大孔网状聚合物吸附剂
大网格吸附剂(macroreticular adsorbent ) （大孔网状树脂，macroreticular resin ） 在树脂聚合时加入惰性的致孔剂，待网格 骨架固化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或 蒸馏水洗将致孔剂去掉，形成不受外界环境条 件影响的孔隙，其孔径远大于2～4nm，可达 100nm，故称“大孔”。 吸附能力不同 分子量大小
第六章 吸附分离法
1
• 吸附法(adsorption method)指利用吸附 作用，将样品中的生物活性物质或杂质吸 附于适当的吸附剂上，利用吸附剂对活性 物质和杂质间吸附能力的差异，使目的物 和其它物质分离，达到浓缩和提纯目的的 方法。
2
3
优点： (1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小， 较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： (1) 选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能不稳定。
影响因素： • (1) Al2O3的颗粒度要均匀，流速控制要很慢； • (2) 温度宜在20℃以下层析，洗脱在室温中进行； • (3) 利用B12在丙酮中不溶的特性，在冰冻条件 下结晶3天，结晶析出。

分离过程第6章吸附liupingle


范德华力 接近于液化热 低 单或多分子层 快，活化能小 可逆 低于吸附质临界温度
化学键 接近于化学反应热 高 单分子层 慢，活化能大 不可逆 远高于吸附质沸点
物理吸附
化学吸附
弱, 长程键
强, 短程键
范德华力相互作用 (如 London 色散 包括轨道重叠和电荷转移的化学键. 力, 偶极力)..
非表面专一性
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。
（5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到一定的活化 能后才发生。
无论是物理吸附，还是化学吸 附，吸附都是发生在吸附剂表面 的一种表面现象，为了增大吸附 容量，吸附剂应具有大的比表面 积。
物理吸附与化学吸附的比较
理化指标
物理吸附
化学吸附
吸附作用力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速率 可逆性 发生吸附温度
• 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

第六章-吸附分离PPT课件

吸下来。 – 对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。
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• 从离子交换介质上洗脱
• 阶段洗脱法 分段改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分洗脱下来。
洗 脱 剂 浓 度
操作时间
37
• 梯度洗脱法 连续改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分被洗脱下来。通常采用一种低浓度 的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液做 为最终溶液。两者通过一混合器混合。优于阶段 法。
20
• 离子交换容量：单位质量或单位体积的离 子交换剂所能吸附的一价离子的量（毫摩 尔数），是表征离子交换能力的主要参数。
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• 吸附剂的制备
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其 侧链进行改造也可成为离子交换介质。
聚合过程中加入一种惰性成分，不参与反应，但能与 单体互溶，当用悬浮聚合合成时，它还必需不溶于水或微 溶于水。这种惰性组分可以是线性高分子聚合物，也可以 是能溶胀或不能溶胀聚合物的溶剂，其中以不能溶胀聚合 物的溶剂效果最好，用的也较普遍，称为致孔剂。在聚合 过程中，在聚合的液滴内，逐渐形成无数的凝胶微粒，四 周为惰性组分所包围。聚合结束后，利用溶剂萃取或水蒸 气蒸馏的方式将溶剂去除，因而留下了孔隙，形成大网格 结构。一般大网格吸附剂的颗粒直径为0.5mm～数mm左右。
45
• 6.7 移动床和模拟移动床吸附
• 移动床(moving bed) 希望能象气体吸收操作的液相那样，吸附操
作中的固相可以连续输入和排出吸附塔，与料液 形成逆流接触流动，则可实现连续稳态的吸附操 作。
46
47
• 模拟移动床
由于固相吸附剂移动不便且易造成堵塞。可 固定吸附剂，而移动切换液相（包括料液和洗脱 液）的入口和出口位置，如同移动固相一样，产 生与移动床相同的效果。
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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：
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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。