第5章 常用吸附剂的结构,性能和改性

常用吸附剂常用吸附剂吸附剂是一种用于吸附物质的材料，它可以将气体、液体或溶液中的某些组分吸附到其表面上。

在化学工业中，吸附剂被广泛应用于分离、纯化和催化反应等领域。

本文将介绍常用的几种吸附剂及其特点。

一、活性炭活性炭是一种具有高度微孔结构和大比表面积的碳质材料。

它可以通过高温炭化和活化处理制备而成。

由于其微孔结构和大比表面积，活性炭具有很强的吸附能力，可以有效地去除气体和溶液中的杂质。

二、硅胶硅胶是一种由硅酸盐制成的多孔材料，具有很强的亲水性和亲油性。

它可以通过溶胶-凝胶法或水热法制备而成。

由于其多孔结构和亲水性/亲油性特点，硅胶被广泛应用于气相色谱分析、薄层色谱分析、固相萃取等领域。

三、分子筛分子筛是一种具有规则孔径结构的晶体材料，可以通过合成和热处理制备而成。

由于其规则孔径结构和大比表面积，分子筛具有很强的选择性吸附能力，可以用于分离和纯化化学品、制备催化剂等领域。

四、聚合物吸附剂聚合物吸附剂是一种由聚合物制成的吸附材料，可以通过溶液聚合或交联制备而成。

由于其多样性和可调性，聚合物吸附剂被广泛应用于生物医学、环境保护等领域。

例如，离子交换树脂、亲水性凝胶等都属于聚合物吸附剂的范畴。

五、金属氧化物金属氧化物是一种具有高度晶格结构和大比表面积的无机材料。

它可以通过溶胶-凝胶法或水热法制备而成。

由于其晶格结构和大比表面积，金属氧化物具有很强的催化活性和选择性，可以用于催化反应、气体分离等领域。

六、纳米材料纳米材料是一种具有纳米尺度的结构和大比表面积的材料。

它可以通过化学合成、物理法制备而成。

由于其特殊的结构和大比表面积，纳米材料具有很强的催化活性、吸附能力和生物活性，可以用于制备催化剂、生物传感器等领域。

总结吸附剂是一种广泛应用于化学工业中的材料。

常用的吸附剂包括活性炭、硅胶、分子筛、聚合物吸附剂、金属氧化物和纳米材料等。

这些吸附剂具有不同的特点和应用范围，可以根据需要选择适合的吸附剂进行使用。

五种吸附剂的原理和应用引言吸附剂是广泛应用于化工、环保、制药等领域的一种重要材料。

它们通过吸附固定目标物质，起到分离、净化和催化等作用。

本文将介绍五种常见的吸附剂，包括活性炭、分子筛、纳米材料、环氧树脂和离子交换剂。

将重点探讨它们的原理和应用。

1. 活性炭活性炭是一种具有大量微孔的多孔材料，具有较高的吸附性能。

其原理是通过物质在活性炭表面的吸附作用实现目标物质的分离。

活性炭广泛应用于水处理、空气净化、脱色和脱臭等领域。

•活性炭的吸附原理是通过表面微孔和宏孔提供的大表面积，吸附目标物质，并去除水中的有机污染物。

•活性炭广泛应用于水处理领域，如城市自来水厂的水处理、工业废水处理等。

•在空气净化方面，活性炭常用于吸附室内有害气体，提高室内空气质量。

•另外，活性炭还能用于食品工业中的脱色和脱臭，以及药物和化妆品工业中的净化过程。

2. 分子筛分子筛是一种孔径较小的多孔材料，其吸附原理是通过目标分子与分子筛孔道之间的相互作用来实现分离。

分子筛具有高效的分离性能和选择性，被广泛应用于石油化工、制药和化学等领域。

•分子筛的吸附原理是通过目标分子与分子筛中孔道吸附剂表面的相互作用（如吸附力、排斥力和交互作用力）实现分离。

•在石油化工领域，分子筛常用于提取和分离石油化工生产中的目标化合物，如乙烯和丙烯的分离。

•在制药领域，分子筛被用于提纯药物和去除杂质，达到分离和纯化的目的。

•在化学领域，分子筛可用于气相吸附和液相吸附，以分离和纯化目标物质。

3. 纳米材料纳米材料是具有纳米级尺寸的材料，其吸附原理是通过纳米材料表面的大面积和活性位点与目标物质之间的相互作用来实现吸附和分离。

纳米材料具有高比表面积、优异的吸附性能和催化性能等特点，在环境保护和生物医学等领域有广泛应用。

•纳米材料的吸附原理是通过纳米尺寸下的表面活性位点与目标物质之间的相互作用实现吸附和分离。

•纳米材料广泛应用于环境保护领域，如对有害气体和重金属的吸附和处理，以净化环境。

吸附剂的制备与性能研究吸附是物质传递过程中一种常见现象，广泛应用于分离、净化、浓缩、催化等领域。

吸附剂的制备与性能研究对提高吸附过程的效率和降低成本具有重要意义。

一、吸附剂的制备方法1.化学合成法：采用化学反应合成吸附剂。

例如，通过聚合物化学反应获得具有多个活性位点的吸附树脂。

2.物理合成法：采用物理方法将材料合成成吸附剂。

例如，利用吸附剂的孔结构或表面修饰来实现特定吸附性能。

3.生物合成法：利用生物体或其代谢产物制备吸附剂。

例如，利用微生物或生物物种提取具有特殊生物活性的吸附物质。

二、常用吸附剂的性能1.活性：吸附剂的活性指材料与吸附物质之间的相互作用力大小和强度。

多孔材料或修饰表面能够增加活性。

2.选择性：吸附剂的选择性是指吸附剂与吸附物质之间的相互作用力，不同吸附物质具有不同的选择性，可以根据特定需求调整选择性。

3.反应性：吸附剂的反应性指材料能否参与吸附物质的反应。

例如，固体酸催化剂可以参与吸附物质的酸碱中和等反应。

三、吸附剂的应用1.催化剂：吸附剂作为催化剂的载体，可以增加催化剂的比表面积，提高催化反应效率。

2.分离剂：吸附剂作为分离剂，可以选择性地吸附目标物质，进而进行分离纯化。

3.储能材料：吸附剂作为储能材料，可以以吸附释放的热量或气体进行能量存储和转化。

四、吸附剂的未来发展1.新材料：利用新材料的制备和定向设计方法，可以实现特定吸附物质的高效分离和催化转化。

2.复合材料：吸附剂的复合可以提高材料的活性和稳定性，同时实现多重吸附性能。

3.绿色化：吸附剂的绿色化制备和回收更加环保和可持续，具有广泛应用前景。

总之，吸附剂的制备与性能研究是化学、材料科学、能源、环境等重要领域的热点问题。

未来的发展趋势是将新材料、复合材料和绿色化制备技术应用于吸附剂的制备和性能调控，推动吸附技术的广泛应用和创新发展。

胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。

重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。

难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。

教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。

第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。

2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。

2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。

2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。

难点：胶体制备机理。

教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。

第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。

3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。

3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势（。

电势）3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。

3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。

3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、。

电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。

难点：双电层结构模型。

教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。

第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。

4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。

4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。

吸附剂（吸收剂）用以选择性吸附气体或液体混合物中某些组分的多孔性固体物质称吸附剂。

吸附剂通常制成球形、圆柱形或无定形的颗粒或粉末。

优良吸附剂应具有的特性主要是单位质量吸附剂具有较大的表面积，对吸附质具有较大的吸附能力（即平衡吸附量大）。

并且具有良好的选择性，即能优先吸附混合物中某些组分。

此外，还要求容易再生（即平衡吸附量对温度或压力的变化敏感），具有足够的强度和耐磨性等。

常用的吸附剂有：①活性白土、硅藻土等天然物质。

常用于油品和糖液的脱色精制；②活性炭。

由各种含炭物质经炭化和活化处理而成，耐酸碱但不耐高温，吸附性能良好，多用于气体或液体的除臭、脱色、以及溶剂蒸气回收和低分子烃类的分离；③硅胶。

由硅酸钠水溶液脱钠离子制成的坚硬多孔的凝胶颗粒，能大量吸收水分，吸附非极性物质量很少，常用于气体或有机溶剂的干燥以及石油制品的精制；④活性氧化铝。

由氧化铝的水合物加热脱水制成的多孔凝胶和晶体的混合物，常用于气体和有机物的干燥；⑤合成沸石。

又称分子筛，人工合成的硅铝酸盐，具有均匀的孔径，热稳定性高，选择性好，用于气体和有机溶剂的干燥及石油馏分的吸附分离等；⑥合成树脂。

具有巨型网状结构，常用的有非极性树脂，如苯乙烯-二乙烯基苯共聚体；极性树脂，如聚甲基丙烯酸酯，用于废水处理、维生素的分离、药剂的脱色和净制等。

1、吸附分离应用背景：吸附操作在化工、轻工、炼油、冶金和环保等领域都有着广泛的应用。

如气体中水分的脱除，溶剂的回收，水溶液或有机溶液的脱色、脱臭，有机烷烃的分离，芳烃的精制等。

2、吸附的定义及概念：固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附。

其中被吸附的物质称为吸附质，固体物质称为吸附剂。

3、吸附机理的分类：根据吸附质和吸附剂之间吸附力的不同，吸附操作分为物理吸附与化学吸附两大类。

⑴、物理吸附或称范德华吸附：它是吸附剂分子与吸附质分子间吸引力作用的结果，因其分子间结合力较弱，故容易脱附，如固体和气体之间的分子引力大于气体内部分子之间的引力，气体就会凝结在固体表面上，吸附过程达到平衡时，吸附在吸附剂上的吸附质的蒸汽压应等于其在气相中的分压。

吸附剂的种类与性质常用的吸附剂有硅胶、氧化铝、活性炭、聚酰胺等(1)硅胶：是一种酸性吸附剂，适用于中性或酸性成分的柱色谱。

同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂，其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子，当遇到较强的碱性化合物，则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。

硅胶作为吸附剂有较大的吸附容量，分离范围广，能用于极性和非极性化合物的分离，如有机酸、挥发油、蒽醌、黄酮、氨基酸、皂苷等，但不宜分离碱性物质。

天然物中存在的各类成分大都用硅胶进行分离。

(2)氧化铝：有碱性氧化铝、中性氧化铝和酸性氧化铝。

①碱性氧化铝，因其中混有碳酸钠等成分而带有碱性，对于分离一些碱性成分，如生物碱类的分离颇为理想，但是碱性氧化铝不宜用于醛、酮、酯、内酯等类型的化合物分离，因为有时碱性氧化铝可与上述成分发生次级反应，如异构化、氧化、消除反应等。

②中性氧化铝是由碱性氧化铝除去氧化铝中碱性杂质再用水冲洗至中性得至曲勺产物。

中性氧化铝仍属于碱性吸附剂的范畴，不适用于酸性成分的分离。

③酸性氧化铝是氧化铝用稀硝酸或稀盐酸处理得到的产物，不仅中和了氧化铝中含有的碱性杂质，并使氧化铝颗粒表面带有N03 —或Cl -的阴离子，从而具有离子交换剂的性质，酸性氧化铝适合于酸性成分的柱色谱。

(3)活性炭：是使用较多的一种非极性吸附剂。

一般需要先用稀盐酸洗涤，其次用乙醇洗，再用水洗净，于80C干燥后即可供柱色谱用。

柱色谱用的活性炭，最好选用颗粒活性炭，若为活性炭细粉，则需加入适量硅藻土作为助滤剂一并装柱，以免流速太慢。

活性炭是非极性吸附剂，其吸附作用与硅胶和氧化铝相反，对非极性物质具有较强的亲和能力，在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中较弱，因此水的洗脱能力最弱而有机溶剂较强。

从活性炭上洗脱被吸附物质时，溶剂的极性减小，活性炭对溶质的吸附能力也随之减小，洗脱剂的洗脱能力增强。

主要分离水溶性成分，如氨基酸、糖、苷等。

(4)聚酰胺：商品聚酰胺(polyamice)均为高分子聚合物质，不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿及丙酮等常用有机溶剂，对碱较稳定，对酸尤其是无机酸稳定性较差，可溶于浓盐酸、冰醋酸及甲酸。

吸附式干燥机使用吸附剂材料来吸附和去除压缩空气中的湿气。

因此，吸附剂材料的类型和质量至关重要。

常见的吸附剂有以下几种类型：01硅胶硅胶的化学式为SiO₂·xH₂O，易吸附水分的二氧化硅固体，无毒、无臭，呈半透明状具有多孔性结晶体的表面结构。

对极性物质（如水、甲醇等）有很强的吸附能力；硅胶的比表面积达500-600㎡/g，它能吸附气体中的水分最大可达本身重量50%之多。

硅胶在气体含湿量大时，吸附容量也大。

硅胶的缺点是遇到液态水时，颗粒会破碎，特别在有压力存在时更明显，所以在压缩空气干燥器中一般不单独使用。

02活性氧化铝活性氧化铝由各种氢氧化铝经热分解而成，化学式是Al₂O₃·nH₂O，它具有很大的表面硬度和抗压强度，在静压力作用下不易破碎，在交变压力作用下不易磨损，所以很适合用于压缩空气的脱水干燥；活性氧化铝比表面积达250-300㎡/g，吸附容量大，可用于高湿度气体的干燥。

活性氧化铝的机械性能和耐热性较好，经它干燥后的压力露点可≤-40℃，可满足绝大多数工业的要求，是压缩空气干燥器中应用最广的吸附剂。

03分子筛分子筛是由硅（铝）网面积（SiO4AlO4）组成的笼形孔洞骨架的晶体，用于压缩空气干燥的分子筛主要是3A、4A及5A等。

它的主要特点是具有十分单一的表面孔径，比表面积达800-1000㎡/g，在气体含湿量不高的情况下，能进行深度干燥。

经分子筛处理后的压缩空气，压力露点可达-70℃。

在处理含水量较高的气体时，应先用氧化铝或硅胶进行预干燥，再用分子筛来消除残余水分。

吸附式干机只有在应用优质吸附剂的情况下才能具有更高性能和更优秀的节能效果。

吸附式干燥机中吸附剂的选择，我们可以基于以下几点标准。

01吸附容量吸附容量是指在一定的温度、吸附质浓度下，单位质量（或单位体积）吸附剂所能吸附的最大量。

一般比表面积大的吸附剂，具有较大的吸附容量，其吸附能力强。

吸附剂的比表面积包括颗粒的外表面积和内表面积，而内表面积总是比外表面积大得多，只有具有高度疏松结构和巨大暴露表面积的孔性物质，才能提供巨大的比表面积。

常用吸附剂吸附过程基本知识1.吸附现象固体将与其接触的气体或液体溶质吸引到自己表面上的过程称为吸附。

吸附过程是在固体表面进行物质浓缩的过程。

在表面上能发生吸附作用的固体物质称为吸附剂。

被吸附的物质称为吸附质。

根据吸附剂内部结构可分为无孔型和有孔型。

如孔型吸附剂的内部没有毛细孔，起吸附的表面积小，吸附量小；有孔吸附剂其内部具有无数的毛细孔，总表面积很大，吸附量大。

常用的吸附剂都是多孔型，且孔道越多吸附能力越强。

2.吸附原理根据吸附的作用力不同，可把吸附分为物理吸附与化学吸附。

(1)物理吸附：产生物理吸附的力是分子间引力，或称范德力。

固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间引力，当固体和气体的分子引力大于气体分子之间的引力时，即使气体的压力低于与操作温度相对应的饱和蒸气压，气体分子也会冷凝在固体表面上，即发生了吸附，其吸附速度极快。

物理吸附不发生化学反应，是靠分子引力产生的，当吸附物质的分压升高时，可以产生多分子层吸附。

(2)化学吸附：化学吸附亦称活性吸附，它是由于固体表面与吸附质分子之间发生化学结合的结果。

化学吸附的作用力大于物理吸附的范德华力。

物理吸附和化学吸附并不是孤立的，往往相伴发生。

在生物分离过程中，大部分的吸附往往是几种吸附综合作用的结果。

由于吸附质、吸附剂及其他因素的影响，可能某种吸附是起主导作用的。

3.常用的吸附剂目前工业上常用的吸附剂主要有活性炭、活性炭纤维、活性氧化铝、硅胶、大孔树脂、羟基磷石灰、白土和分子筛等。

第一节硅胶吸附剂1.硅胶的型号无机硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。

硅胶属非晶态物质，其化学分子式为。

不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。

硅胶颗粒内部具有毛细孔，毛细孔数量随制造方法不同而不同。

硅胶根据其孔径的大小可分为：大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶。

由于孔隙结构的不同，因此它们的吸附性能各有特点。

⑴常⽤吸附剂
活性炭、磺化煤、活化煤、沸⽯、活性⽩⼟、硅藻⼟、腐殖质酸、焦炭、⽊炭、⽊屑、炉渣和粉煤灰等，应⽤较多的是活性炭。

⑵活性炭的特性
①活性炭的⽐表⾯积和孔隙结构
活性炭具有巨⼤的⽐表⾯积和丰富的孔隙结构。

⽐表⾯积可达500～1700m2/g，其中⼩孔容积⼀般为0.15～0.9ml/g，表⾯积占⽐表⾯积的95%以上，过渡孔容积⼀般为0.02～0.1ml/g，表⾯积占⽐表⾯积的5%左右，⽽⼤孔容积⼀般为0.2～0.5ml/g，表⾯积很⼩，只有0.5～2m2/g。

②活性炭的表⾯化学性质
由于活性炭表⾯有—OH基等，所以具有⼀些极性。

⑶影响活性炭吸附的主要因素
①活性炭吸附剂的性质
其表⾯积越⼤，吸附能⼒就越强; 活性炭是⾮极性分⼦，易于吸附⾮极性或极性很低的吸附质;活性炭吸附剂颗粒的⼤⼩，细孔的构造和分布情况以及表⾯化学性质等对吸附也有很⼤的影响。

②吸附质的性质
取决于其溶解度、表⾯⾃由能、极性、吸附质分⼦的⼤⼩和不饱和度、附质的浓度等
③废⽔PH值
活性炭⼀般在酸性溶液中⽐在碱性溶液中有较⾼的吸附率。

PH值会对吸附质在⽔中存在的状态及溶解度等产⽣影响，从⽽影响吸附效果。

④共存物质
共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能⼒⽐只含该种吸附质时的吸附能⼒差
⑤温度
温度对活性炭的吸附影响较⼩
⑥接触时间
应保证活性炭与吸附质有⼀定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利⽤吸附能⼒。