分离过程-吸附50页PPT

FLGC
活性氧化铝和分子筛的脱水性能比较
活性氧化铝:在水蒸气分压高的范围内吸附容量较高 沸石分子筛：在低水蒸气分压下吸附容量较高 因此，若要求水蒸气的脱除程度高，应选用？ 若吸附容量更为重要，则应选用？ 也可混用，先用氧化铝脱除大部分水，之后用分子筛进 行深度干燥。
FLGC
其他吸附剂
反应性吸附剂：能与气相或液相混合物中多组分进行化学 反应而使之去除。适用于去除微量组分（反应不可逆，不 能现场再生；吸附负荷高时，吸附剂更换过于频繁，不经 济）。 生物吸着剂：利用微生物将吸附的有机物氧化分解成二氧 化碳和水等，如工业废水的生化处理
FLGC
分子筛
分子筛亦称沸石，是一种晶态的金属水合铝硅酸盐晶体。
化学通式：Mex/n[(AlO2)x(SiO2)y]mH2O，其中Me阳离子，n 为原子价数，m为结晶水分子数 每一种分子筛由高度规则的笼和孔组成，它具有高度选择 性吸附性能，是由于其结构形成许多与外部相通的均一微 孔。
FLGC
根据原料配比、组成和制造方法不同可以制成各种孔 径和形状的分子筛。见课本表7-3。 强极性吸附剂，对极性分子如H2O、CO2、H2S等有 很强的亲和力，对氨氮的吸附效果好，而对有机物的 亲和力较弱。 分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂痕量水的去 除。
工业吸附剂可以是球形、圆柱形、片状或粉末状 粒度范围从50μm至1.2cm，比表面积从300至1200m2/g, 颗粒的孔隙度30%—85%, 平均孔径1-20nm 孔径：按纯化学和应用化学国际协会的定义，微孔孔径 小于2nm，中孔为2~50nm，大孔大于50nm
FLGC
1.密度
1）填充密度B（又称体积密度）: 是指单位填充体积的吸 附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积 不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填 充密度。

第二节 吸附剂
(2)降低压力
压力高，吸附进行得快，
脱附进行得慢。当压力降低时，脱附现象开始显著。所以操作压力
降低后，被吸附的物质就会脱离吸附剂表面返回气相。有时为了脱
附彻底，甚至采用抽真空的办法。
这种改变压力的再生操作，在变压吸附中广为应用。如吸附
分离高纯度氢，先是在 1.37～4.12 MPa压力下吸附，然后在常压
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。 • 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），
可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； • 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大； • 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
下脱附，从而可得到高纯度氢，吸附剂也得到再生。
变压吸附 ——根据系统操作压力变化不同，变压吸附循环可
以是常压吸附、真空解吸，加压吸附、常压解吸，加压吸附、真空
解吸等几种方法。
第二节 吸附剂
(3) 通气吹扫 通入吸附剂床层，进行吹扫，以降低吸附剂上的吸附质分 压，从而达到脱附。当吹扫气的量一定时，脱附物质的量 取决于该操作温度和总压下的平衡关系。
第二节 吸附剂
四、吸附剂选择的影响因素
如何选择适宜的吸附剂？ ——需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点 确定 ——需要进行试验研究
第二节 吸附剂
(1)将超细活性炭微粒加入增稠剂后与纤维混纺制成单丝， 或用热熔法将活性炭粘附于有机纤维或玻璃纤维上，也可 以与纸浆混粘制成活性炭纸。
(2)以人造丝或合成纤维为原料，与制备活性炭一样经过炭 化和活化两个阶段，加工成具有一定比表面积和一定孔分 布结构的活性炭纤维。

将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点72
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；
●开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；
●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统：
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
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1.2.2 速率分离过程
膜分离 场分离
速率分离:
利用溶液中不同组分在某 种推动力（浓度差、压力差、 温度差、电位差等）作用下， 经过某种介质（半透膜）时 的传质速率（透过率、迁移 率、扩速率）差异而实现分 离。
吸
相态 介： 理： 用：

活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，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； ③对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的
化合物； ④pH 值的影响 ；
7-3
7.2吸附过程的理论基础
7.2.1吸附原理
固体的分类：多孔和非多孔性 比表面的组成：多孔性固体的比表面是由“外表
面”和“内表面”所组成。表面积大并 且有较高的吸附势。 表面力的产生和吸附力的关系：见图7-4 界面分子的力场是不饱和的，能从外界吸附分 子、原子、或离子，形成多分子层或单分子层。 吸附过程中的几个名词： ⑴吸附作用 ⑵吸附剂 ⑶吸附物（质）
7.1概述
7.1.1什么叫吸附
吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸 附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。
吸附过程通常包括： 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
Step2
料液 流出
Step3
001×7－交联度为7%的苯乙烯 系凝胶型强酸性阳离子交换树脂
骨架代号 Ｄ315：大孔型丙烯酸弱碱
分类代号
性阴离子交换树脂
大孔型代号
大孔型
代号 0 1 2 3 4 5 6
离子交换树脂命名法代号表
分类名称
骨架名称
强酸性
苯乙烯系
弱酸性
丙烯酸系
强碱性
酚醛系
弱碱性
环氧系
螯合性
乙烯吡啶系

连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附方式是废水处 理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱（或塔）中，所以叫固定床。移动床 连续吸附是指在操作过程成中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱排出， 并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中。所谓流化床是指吸附剂在吸附柱内处于 膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中。由于移动床和流化床的操作较复杂，在 废水处理中较少使用。
一. 离子交换剂
水处理中用的离子交换剂有磺化媒和离子交换树脂。磺化媒利用天然 媒为原粒，经浓硫酸磺化处理后制成，但交换容量低，机械强度差，化学 稳定性较差已逐渐为离子交换树脂所取代。
离子交换树脂按树脂的类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂、大 孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型（MR型）树脂和高巨孔型（超MR型） 树脂等。
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沉降式固定层吸附塔的构造
五、吸附法在污水处理中的应用
1. 吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适 宜于处理含汞量低的废水。 2.炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活 性炭过滤深度处理
第二节 离子交换法
离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。在废水处理中主 要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶液中的其它同性离 子的交换反应，是一种特殊的吸附过程成，通常是可逆性化学吸附。

树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴，且孔径较大，在100～1000nm之间， 故称为大孔吸附树脂。大孔树脂的表面积较大、交换速度较快、机械强度高、抗污 染能力强、热稳定好，在水溶液和非水溶液中都能使用。已广泛应用于废水处理、 医药工业、临床鉴定和食品等领域，在我国，采用大孔吸附树脂分离纯化中药提 取液已越来越受到人们的重视。
第二十五页，课件共有35页
6）、分离的技巧 （1） 流速不可太快，切切不可性急。 （2）柱子尽可能长， Sephadex LH-20 柱长的增加将极大地改善分离。 （3） 馏分一定要接的细，可1／10，或1／20 个保留体积接成一馏分。 （4） 洗脱体积一般为2-3个保留体积，对特殊保留强的化合物，可洗脱5个保留体积。 （5）鞣质成分死吸附严重，不可用Sephadex LH-20 分鞣质或原料中不能有
萃取法原理一致，对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。
③微分萃取 P46 ④ 液滴逆流分配法（DCCC）：本法必须选用能生成液滴的溶剂系统，且对高分子化
合物的分离效果较差，处理样品量小，并要有一定的设备，操作较繁琐。
⑤其它 P47
（5）注意事项 ①萃取剂用量
②乳化
第七页，课件共有35页
7、pH梯度萃取
•溶剂洗脱能力顺序：
•水<甲醇<丙酮<氢氧化钠溶液<甲酰胺<二甲基甲酰胺<尿素水溶液 ❖与鞣质吸附不可逆
第二十一页，课件共有35页
二 、精细分离方法
➢ 1、葡聚糖凝胶层析法
➢ 1）葡聚糖凝胶的分类 ➢ 葡聚糖凝胶（Sephadex-G)：水中使用，分离多糖、蛋白质等物质
➢ 羟丙基葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20)：水溶液或非极性溶液中使用，可

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按化学结构分 有机吸附剂：活性炭、大孔树脂、聚酰胺等。 无机吸附剂：氧化铝、硅胶、羟基磷灰石等。
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大孔树脂吸附剂
（1）什么是大孔树脂吸附法？ 将多孔的大孔树脂作为吸附剂，利用表面分子
与物质分子间范德华引力，把液相中物质吸附到吸 附树脂表面。
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◆大孔树脂吸附法与离子交换法的比较： 相同：骨架结构 区别：
3. 易挥发性物质，用热水或蒸汽解吸。 4. 流速（空间速度，线速度）洗脱液的流速务
必恰当控制。如果太快，洗脱物在两相中的 平衡过程不完全；如果太慢，洗脱物会扩散。 5. 树脂高径比（3:1）
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大孔吸附剂解吸条件
6. 洗脱pH： 弱酸性物质：吸附偏酸性(pH<pK)，洗脱碱性水溶液 弱碱性物质：吸附偏碱性(pH>pK)，洗脱酸性水溶液
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大孔树脂吸附剂吸附条件选择
2）无机盐的影响 促进作用 3）吸附pH
弱酸物质：pH<pK 弱碱物质：pH>pK （呈分子状态） 中性物质：pH无影响（不会电离）。
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（4）大孔吸附剂解吸条件
1） 选择洗脱剂原则 a. 洗脱剂应容易溶胀大孔树脂吸附剂。
溶质对聚合物的溶胀能力可用溶解度参数δ来表征。
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大孔吸附树脂的应用
1 生化制药方面的应用
抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少）：β-内酰胺类、 大环内酯类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类 及其他新抗生素
维生素的提取纯化： VB12，VB2，VC 天然产物的分离：生物碱，黄酮，多糖，苷类 、红景天甙等 生化药物：酶, 氨基酸, 蛋白质, 肽,甾体
溶剂的解吸能力逐渐降低
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大孔吸附剂解吸条件
b. 洗脱剂对被吸附物有较大的溶解度。

较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
放热过程，低温有利于吸附
温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
吸附分离技术
化学键大时，吸附不可逆
2 吸附分离介质
多孔型：活性炭、硅胶、 硅藻土；大网格吸附 剂：有机高分子材料， 如聚苯乙烯，聚酯。
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶，匍聚糖 凝胶等。
吸附分离技术
吸附剂的性能表征
❖ 化学成分 ❖ 材料结构 ❖ 比表面积：单位质量物体所具有的表面积(m2/g)
测量方法：BET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):
吸附分离技术
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
（3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物
吸附分离技术
活性炭
1）组成结构：由木屑、果壳、兽骨、兽血或煤屑等原料高温
（800℃）碳化而成的多孔网状结构
原料
制造过程示意图 炭化 →破碎、造粒 捏合成型→炭化
→干燥→筛分
活化→洗涤→ 粉状碳成品 粒状碳成品
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。

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
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• 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。
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• 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。
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• 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
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• 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。

5 1
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抽真空
4 3
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解决办法：为此开发了采用活性炭为吸附剂的吸附流程，可使气相中
的氯苯浓度从约28 mg/L 减少到约1.5 mg/L，并使生产中溶剂损耗减 少约三分之二。研究表明，活性炭可吸附约相当与其装载质量10％的氯 苯，吸附饱和后的活性炭可用水蒸气脱附后重复使用。
6.3 色谱分离的基本 原理
n 16( tR )2 Wb
n 6.28(tRhp )2 Ap
(a) (b)
(c)
W1/2
hp hp
2
Wb
式中，hp为峰高，Wb为峰宽，W1/2为半峰高处 的峰宽，Ap为峰面积，见图。
“等板高度”
理论板概念被广泛的应用于衡量色谱柱 性能的好坏。较大的板数意味着较窄的 色谱峰，即性能较好的柱。同时被引入
的还有等板高度(HETP)h的概念
h L n
式中L为柱的有效高度。显然，等板高度h
小意味着性能好的柱。
组分分辨率
在一个复杂样品的色谱分离会出现大量的分离峰，其中任意一
对峰的分辨率Rs定义为两峰之间的距离和两个峰的平均峰宽之比
Rs
2(VR2 VR1 ) Wb2 Wb1
欲使两组分峰得到完全分离，Rs应大于1， Rs小于1说明两
常见的色谱分离方法 ——柱色谱（柱层析）
流动相 加样
流动相 展开
流动相 洗脱
色谱过程示意图
在柱色谱中，将固定相装填在一 根管子（称之为色谱柱）中，流 动相则泵送进入色谱柱。被分离 的样品被加到色谱柱的上游，随 着流动相向下游移动，依固定相 对不同组分分子的吸附能力从弱 到强，样品中的不同组分在色谱 柱中的移动速度由快到慢，在色 谱柱的下游按其流出顺序分别加 以收集，即可实现对样品中不同 组分的分离。