吸附分离技术1..

吸附分离技术概念吸附分离是一种由多组分流体(气体或液体)混合物与吸附剂固体表面充分接触，且混合物组分与吸附剂表面之间存在着不同的作用力，从而使作用力较强的组分在吸附剂表面吸附富集并与作用力较弱的组分产生分离的过程。

典型的吸附分离技术㈠变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）技术是通过压力的变化而使混合气体在吸附剂中吸附和脱附交替进行的循环过程；㈡变温吸附（Temperature Swing Adsorption，简称TSA）技术是通过温度的变化而使混合气体在吸附剂中吸附和脱附交替进行的循环过程；应用范围吸附分离技术是一种先进的气体分离技术，目前己广泛地应用于空气干燥和空气的氮/氧分离、氢气的回收和纯化、碳氢化合物的分离和纯化、合成氨的水煤气中CO2等杂质的脱除以及CO2和CO的纯化等工业过程(Sircar, 1994; Ruthven, Farooq&Knaebel, 1994)。

吸附分离工艺的特点1、对低分压、微量组分具有很高的分离效率，可轻松达到95～99.99%；2、纯物理分离过程，没有化学反应，吸附剂的吸附与再生过程可逆；3、分离过程无需消耗其它辅助原材料，可仅依靠电力实现分离过程；4、工艺过程简单，操作维护方便，可实现无人值守的全自动控制过程；5、工艺技术成熟，分离性能稳定，工业上有数万套吸附分离装置在线运行；6、随着吸附剂材料、流程工艺的研发进展以及装备技术水平的提升，吸附分离装置正朝着大型化、规模化发展，应用领域不断扩大；赣州川汇气体设备制造有限公司的变压吸附制氮装置以洁净的压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，利用变压吸附的原理在常温下来获取氮气的设备。

根据空气中氧、氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同，通过可编程序控制器控制程控阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度的氮气。

吸附分离技术的研究与应用一、吸附分离技术的概述吸附分离技术是一种利用材料表面上的吸附作用，将混合物中的目标物质吸附到固体材料表面上并实现分离的方法。

这种技术在化学、生物和环境等领域广泛应用。

吸附分离技术可以不仅仅用于分离单一物质，还可以用于分离混合物中的多种目标物质。

吸附分离技术的研究和应用已经成为化学、生物和环境领域的研究热点之一。

二、吸附分离技术的分类1.磁性吸附：利用磁性材料的磁性吸附特性，将目标物吸附在磁性材料表面上。

2.离子交换吸附：利用强酸性或强碱性树脂的离子交换作用，将目标离子从溶液中吸附到固体材料上。

3.表面吸附：利用固体材料表面的化学作用力和几何结构，将目标物沉积在表面上，实现分离。

4.凝胶吸附:利用凝胶材料的多孔结构和化学亲和力，将目标物分子吸附在凝胶内部而实现分离。

三、吸附分离技术的研究1.材料的选择：在吸附分离中，材料的选择是非常重要的。

大多数吸附剂的表面有强大的识别能力，他们可以对目标物质进行特异性的吸附和分离。

成分复杂的混合物分离时，要根据混合物中的目标物质的性质，选择最合适的材料和实验条件进行实验。

2.吸附机理的研究：吸附分离技术，特别是表面吸附和凝胶吸附，是靠分子间的相互作用力将目标物质吸附在固体材料表面上的。

因此，吸附分离技术的机理研究对于分离效果和吸附剂的组成设计具有重要意义。

通过吸附热及其分析，对吸附剂表面钳合、分子筛效应和电荷作用力等效应进行分析，可以了解吸附剂表面作用原理，为吸附剂的设计和优化提供理论基础。

3.吸附条件的优化：吸附条件的合理选择对于吸附分离技术的分离效果也具有重要意义。

吸附条件可以包括温度、pH值、混合物浓度、吸附时间等多个参数。

各个因素之间的相互作用和配合关系，对于吸附效果都有一定的影响。

因此，对于吸附分离技术的较为理性的优化，对于不同的混合物和特定的吸附剂，是必要的。

四、吸附分离技术的应用1. 生物制药领域：吸附分离技术可以对抗生素、激素和细胞因子等蛋白质进行纯化，糖类、核酸等生物大分子的纯化。

吸附分离技术简述现代用于混合溶剂的分离方法有：萃取分离、色谱分离、膜分离、离子交换分离和吸附分离。

其中，吸附分离是现代最常用的一种分离方法。

现主要围绕吸附分离做讨论。

吸附作用是指各种气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸着在固体或液体物质表面上的作用。

吸附是一个非均相过程。

具有吸附性的物质叫做吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。

吸附作用实际是吸附剂对吸附质质点的吸引作用。

吸附剂所以具有吸附性质,是因为分布在表面的质点同内部的质点所处的情况不同。

内部的质点同周围各个方面的相邻的质点都有联系，因而它们之间的一切作用力都互相平衡，而表面上的质点，表面以上的作用力没有达到平衡而保留有自由的力场，借这种力场，物质的表面层就能够把同它接触的液体或气体的质点吸住。

一、物理吸附与化学吸附吸附作用可分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，此力也称作范德华力。

吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有自由的力场来吸引吸附质，由于它是分子间的吸力所引起的吸附，所以结合力较弱，吸附热较小，吸附和解吸速度也都较快。

被吸附物质也较容易解吸出来，所以物理吸附是可逆的。

如：活性炭对许多气体的吸附，被吸附的气体很容易解脱出来而不发生性质上的变化。

化学吸附则以类似于化学键力的相互吸引，其吸附热较大。

例如，许多催化剂对气体的吸附如：镍对氢气的吸附就属于这一类。

被吸附的气体往往需要在很高的温度下才能解脱，而且在性状上有变化。

所以化学吸附大都是不可逆过程。

同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。

吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。

如活性炭的表面积很大，吸附作用强；活性炭易吸附沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。

二、脱附吸附的逆过程就是脱附，脱附就是吸附剂的再生。

现工艺上常用的脱附方法有：○1降低压力：使气相压力小于吸附剂表面的压力，那样吸附在吸附剂表面的气体就会因压差逸出吸附剂。

气体分离与纯化技术方法随着工业化的进一步发展，气体分离与纯化技术成为了现代制造和生产过程中不可或缺的一部分。

它们广泛应用于石油化工、能源、环保等众多领域，并在提高工业产品的纯度、降低生产成本以及节能减排方面发挥着重要作用。

一、常见的气体分离方法1. 吸附分离技术吸附分离技术基于不同气体在固体吸附剂上的吸附特性进行分离。

常见的吸附剂有活性炭、分子筛等。

吸附分离技术适用于气体混合物中组分之间吸附性能差异较大的情况，如氧气与氮气的分离。

2. 膜分离技术膜分离技术利用薄膜的选择性传质原理，将气体混合物通过具有特定孔径和渗透性的膜进行分离。

常用的膜分离方法有渗透膜法、气体扩散法和化学反应膜法等。

膜分离技术具有操作简便、节能环保等优点，在气体分离领域得到广泛应用。

3. 精馏分离技术精馏分离技术是通过气体混合物的沸点差异进行分离。

当两种或多种气体的沸点差异较大时，可通过不同的沸点从混合物中分离出目标气体。

精馏分离技术在液化天然气（LNG）的生产和高纯度气体的制备中起着至关重要的作用。

二、气体纯化的方法1. 吸附纯化技术吸附纯化技术通过吸附剂对气体中的杂质进行吸附，实现气体的纯化。

常见的吸附剂有活性炭、硅胶等。

吸附纯化技术广泛应用于煤气净化、空气净化、废气处理等领域。

2. 冷凝纯化技术冷凝纯化技术是利用气体中杂质的不同沸点进行分离。

通过低温冷凝，将气体中的杂质液化并分离出来。

冷凝纯化技术被广泛应用于制取高纯度气体，如液氧、液氮的制备过程中。

3. 催化纯化技术催化纯化技术是通过催化剂对气体中的杂质进行反应转化，实现气体的纯化。

常见的催化剂有铜、铁、铂等。

催化纯化技术被广泛应用于氢气纯化、氨气纯化等领域。

三、气体分离与纯化技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，气体分离与纯化技术也在不断发展和创新。

目前，研究人员正致力于开发更高效、更环保的气体分离与纯化技术。

1. 新型膜材料的研发目前已经有了一些新型膜材料，如金属有机膜、多孔有机聚合物膜等。

教学目标和要求：通过教学，了解吸附分离的概念、原理、影响因素，理解各种吸附剂的吸附原理和选择依据。

了解离子交换树脂的结构、分类、性能和应用，多糖离子交换剂的类型、特点；掌握离子交换的分离原理、操作方法。

第五章吸附分离技术一、吸附分离技术概论1.吸附：是指物质从气体或液体浓缩到固体表面从而达到分离的过程。

2.吸附的机理3.吸附技术的应用（1 ）在食品的应用a •工业糖液的脱色、脱臭；b •制氮用于果蔬的储藏：是当前世界上一项先进技术。

原理是果蔬在高氮低氧环境下，呼吸作用被抑制，新陈代谢减缓从而大大延缓腐烂过程。

可使果蔬保持原有营养成分，接近采摘的新鲜状态。

蒜苗储存3个月出库时仍新鲜饱满，无萎烂现象。

胚还可用于酿造啤酒时的密封及压送啤酒。

与先用的CO比，因在啤酒中溶解度小而可提高啤酒质量。

（2）在空气净化上的应用a.空气干燥：空气中通常含有一定水分，而这种水分在很多场合是有害的，必须被除去。

吸附法是除去空气中水分最常用的方法之一。

硅胶和活性氧化铝是通用的干燥剂。

b .脱除无机污染物：工业生产中产生大量的CQ SO和NQ等酸性有害气体，它们会引起温室效应、酸雨等现彖，破坏地球和人们的生活环境。

随着工业化发展，这些气体的危害程度越来越大，因此人们在致力于开发各种方法来治理这些有害气体。

其中吸附分离的方法是有效的治理方法之-o活性炭一SO;分子筛、硅胶、活性炭一N0x＞通入热空气（空气与蒸汽的混合物）可回收。

c •天然气：为了使天然气能够达到客输标准，必须将其屮的水分含量降低至一定水平。

d .化学工业：制氧、制氮提纯CO CQ （重要化工原料）等。

*C0用于拨基合成醋酸、醋肝、甲酸等的生产，也用于电子工业。

CO是一种用途十分广泛的需求量很大的重要化工产品。

约40%用作生产尿素、甲醇、水杨酸等化工产品的原料，35%用于提高石油采收率，10%用于制冷，5%用于碳酸饮料碳酸化，其它占10% （超临界流体萃取）。