吸附法净化气态的污染物.ppt

第十一章 吸附法净化气态污染物 气体吸附 吸附 由于固体表面上的分子力处于不平衡或不饱和状态，这种不饱和的结果使固体能够把与其接触的气体或液体溶质吸引到自己的表面上，从而使其残余力得到平衡。这种在固体表面进行物质浓缩的现象，称为吸附。工业上的吸附操作就是利用固体表面的这种特性，用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面 吸附质－被吸附物质 吸附剂－附着吸附质的物质 优点：效率高、可回收、设备简单 缺点：吸附容量小、设备体积大 吸附机理 物理吸附和化学吸附 物理吸附和化学吸附 吸附热：化学吸附的吸附热与化学反应热相近，而物理吸附的吸附热与气体的液化热相近。吸附热是区别物理吸附和化学吸附的重要标志之一。 选择性：化学吸附具有较高的选择性。例如，钨和镍可以化学吸附氢，而氢则不能被铝或铜所化学吸附。物理吸附则没有多大选择性，其吸附量的多少取决于气体的物理性能及吸附剂的特性。 吸附层厚度。化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解吸。物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的。解吸也容易；低压时，一般为单分子层的，随着吸附压强增大，吸附层往往变成多分子层。 物理吸附和化学吸附 温度的影响：化学吸附可以看成是一个表面过程，这类吸附往往需要一定的活化能，它的吸附与脱附速度都较小。温度升高时，化学吸附速率和脱附速率都显著增加。而物理吸附不是一个活化过程，不需要活化能（即使需要也很少）。此类吸附的吸附速率和脱附速率都很快，一般不受温度的影响。它的吸附量随温度升高而下降。 同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附 吸附平衡 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值 极限吸附量受气体压力和温度的影响 吸附等温线 吸附等温线 吸附方程式 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） lgm对lgP作图为直线 吸附方程式 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线） 吸附方程式 BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附） 吸附速率 吸附过程 吸附速率 外扩散速率 内扩散速率 总吸附速率方程 吸附剂 吸附剂需具备的特性 内表面积大 具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛，造价低廉 良好的再生性能 常用吸附剂特性 常用吸附剂特性 活性炭：是许多具有吸附性能的碳基物质的总称。活性炭的原料是几乎所有的含碳物质。如煤、木材、骨头、果核、坚硬的果壳（如椰壳、核桃壳等），以及废纸浆、废树脂等，将这些含碳物质在低于878K下进行炭化，再用水蒸汽或热空气进行活化处理。比表面积一般可达700～1000m2／g，具有优良和广泛的吸附能力。 非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物的性质，它能吸附绝大部分有机气体，如苯类、醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质，同时由于活性炭的孔径范围宽，即使对一些极性吸附质和一些特大分子的有机物质，仍然表现出了它的优良的吸附能力，如在SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害气体治理中，有着广泛的用途。 常用吸附剂特性 活性炭纤维：是一种新型的高性能活性炭吸附材料，它是利用超细纤维如粘胶丝、酚醛纤维或晴纶纤维等制成毡状、绳状、布状等，经高温（1200K以上）炭化，用水蒸汽活化后制成的。 活性炭纤维的表面积大，有的可高达2500 m2/g，密度小，微孔多而均匀，吸附容量大；同时，由于活性炭纤维的微孔孔道特别短，吸附和脱附速率高，吸附速率是颗粒活性炭的10~100倍；脱附残留量少，使用寿命长。 活性炭纤维对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较大的吸附容量和较快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高1～10倍，特别是对于一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍左右。 常用吸附剂特性 硅胶：将水玻璃（硅酸钠）溶液用无机酸处理后所得凝胶，经老化、水洗去盐，于398～408K下干燥脱水，即得到坚硬多孔的固体颗粒硅胶。 硅胶是一种无定形链状和网状结构的硅酸聚合物，其分子式为SiO2.nH2O，孔径分布均匀，亲水性极强，吸收空气中的水分可达自身重量的50%，同时放出大量的热，使其容易破碎。 硅胶在应用上有很大一部分是用作吸湿剂（干燥剂），在用作干燥剂时常加入氯化钴或溴化铜，以指示吸湿程度。 硅胶是一种极性吸附剂，可以用来吸附SO2、NOX等气体，但难于吸附非极性的有机物。硅胶还可用作催化剂的载体。 。 常用吸附剂特性 活性氧化铝：是将含水氧化铝（如铝土矿）在严格控制的加热速率下于773K加热制成的多孔结构的活性物质。 活性氧化铝是一种极性吸附剂，无毒，对水的吸附容量很大，常用于高湿度气体的吸湿和干燥。它还用于多种气态污染物如SO2、H