吸附剂
| 吸附剂 |
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中文名；吸附剂 外文名；adsorbent 性 质；科学 类 别；化学 |
吸附剂也称吸收剂。这种物质可使活性成分附着在其颗粒表面，使液态微量化合物添加剂变为固态化合物，有利于实施均匀混合。是一种能够有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。具有大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便、容易再生；有极好的吸附性和机械性特性。[1]
目录
特性与分类
吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便、容易再生；有极好的吸附性和机械性特性。
吸附剂可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类，如粗孔和细孔吸附剂，粉状、粒状、条状吸附剂，碳质和氧化物吸附剂，极性和非极性吸附剂等。
常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂（如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等）。最具代表性的吸附剂是活性炭，吸附性能相当好，但是成本比较高，曾应用在松花江事件中用来吸附水体中的甲苯。其次还有分子筛、硅胶、活性铝、聚合物吸附剂和生物吸附剂等等。
吸附剂一般都是用在工业生产中，因此根据工业的常用性可以把吸附剂分为六大类。
硅胶，它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等；
氧化铝，它也是一种脱水的吸附剂；
活性炭，主要用于水处理、脱色和气体处理；
聚丙烯酰胺，主要用于生活污水和有机废水；
沸石分子筛，用于气体吸附分离、气体和液体干燥；
碳分子筛，主要起运输通道作用，微孔则起分子筛的作用。
吸附剂一般也分为有机物和无机物两类，有机物类如小麦胚粉，脱脂的玉米胚粉，玉米芯碎片，粗麸皮，大豆细粉以及吸水性强的谷物类等。无机物类则包括二氧化硅，蛭石，硅酸钙等。
应用
吸附剂会吸收制冷剂蒸汽，使蒸发器中压力降低，于是会有更多液体气化，蒸发中吸收热量降温，实现吸附制冷；吸附剂选择吸附杂质，可进行产品提纯；活性炭可用于污水处理场排气吸附。
气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。
吸附剂是现代工业中一种不可缺少的产品，它的作用很大，不但可以分离物质还可以吸附一些产品中多余的水分，成本低、工艺简单、可重复使用，应用范围远远大于工业需要。
工业越来越发达，吸附剂一般被广泛的引用在石油工业的采油、炼油、贮油运输产生的污水、洗舱水、机械工业的冷润滑液、轧钢水，电镀污水及粮油加工、皮革、纸业、纺织、食品加工等多行业。
是一种坚硬、无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，分子式为SiO2.nH2O，为一种亲水性的极性吸附剂。它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到玻璃状的硅胶，它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等。工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两种。粗孔硅胶在相对湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的80%以上，而在低湿度条件下，吸附量大大低于细孔硅胶。
氧化铝
活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，一般都不是纯粹的Al2O3，而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。它对水有较强的亲和力，是一种对微量水深度干燥用的吸附剂。在一定操作条件下，它的干燥深度可达露点-70℃以下。
活性炭
是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。
活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700℃以下除去挥发组分以后，通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等，并在700~1200℃温度范围内进行反应使其活化。
活性炭特性：
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500～1700㎡/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0.5～2㎡/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。
活性炭作用：
空气净化；污水处理场排气吸附；饮料水处理；电厂水预处理；废水回收前处理；生物法污水处理；有毒废水处理；石化无碱脱硫醇；溶剂回收；化工催化剂载体；滤毒罐；黄金提取；化工品储存排气净化；制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色；乙烯脱盐水填料；汽车尾气净化；PTA氧化装置净化气体。
沸石分子筛
又称合成沸石或分子筛，其化学组成通式为：
[M2（Ⅰ）M（Ⅱ）]O.Al2O3.nSiO2. mH2O
式中M2（Ⅰ）和M（Ⅱ）分别为为一价和二价金属离子，多半是钠和钙，n称为沸石的硅铝比，硅主要来自于硅酸钠和硅胶，铝则来自于铝酸钠和Al（HO）3等，它们与氢氧化钠水溶液反应制得的胶体物，经干燥后便成沸石，一般n=2~10，m=0~9。
沸石的特点是具有分子筛的作用，它有均匀的孔径，如3A0、4A0、5A0、10A0细孔。有4A0孔径的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三个碳以上的正烷烃。它已广泛用于气体吸附分离、气体和液体干燥以及正异烷烃的分离。
碳分子筛
实际上也是一种活性炭，它与一般的碳质吸附剂不同之处，在于其微孔孔径均匀地分布在一狭窄的范围内，微孔孔径大小与被分离的气体分子直径相当，微孔的比表面积一般占碳分子筛所有表面积的90%以上。碳分子筛的孔结构主要分布形式为：大孔直径与碳粒的外表面相通，过渡孔从大孔分支出来，微孔又从过渡孔分支出来。在分离过程中，大孔主要起运输通道作用，微孔则起分子筛的作用。
以煤为原料制取碳分子筛的方法有碳化法、气体活化法、碳沉积法和浸渍法。其中炭化法最为简单，但要制取高质量的碳分子筛必须综合使用这几种方法。
碳分子筛在空气分离制取氮气领域已获得了成功，在其它气体分离方面也有广阔的前景。
聚丙烯酰胺
1）用于污泥脱水根据污泥性质可选用本产品的相应型号，可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水，脱水时，产生絮团大，不粘滤布，压滤时不散，流泥饼较厚，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。
2）用于生活污水和有机废水的处理，本产品在配性或碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀，澄清很有效。如生产粮食酒精废水，造纸废水，城市污水处理厂的废水，啤酒废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高 废水、饲料废水，纺织印染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍，因为这类废水普遍带阴电荷。
3）用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂，用量少，效果好，成本低，特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好，它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。
4）造纸用增强剂及其它助剂。提高填料、颜料等存留率、纸张的强度。
5）用于油田经学助剂，如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂。
6）用于纺织上浆剂、浆液性能稳定、落浆少、织物断头率低、布面光洁。
物理性质
吸附剂的良好吸附性能是由于它具有密集的细孔构造。与吸附剂细孔有关的物理性能有：
a.孔容（VP）：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示（cm3/g).孔容是吸附剂的有效体积，它是用饱和吸附量推算出来的值，也就是吸附剂能容纳吸附质的体积，所以孔容以大为好。吸附剂的孔体积（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附剂中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积，一般要比VP大。
b.比表面积：即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是m2/g。吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面，吸附剂外表面是很小的。
c.孔径与孔径分布：在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不相同。直径在数埃（A0）至数十埃的孔称为细孔，直径在数百埃以上的孔称为粗孔。细孔愈多，则孔容愈大，比表面也大，有利于吸附质的吸附。粗孔的作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路。粗孔和细孔的关系就象大街和小巷一样，外来分子通过粗孔才能迅速到达吸附剂的深处。所以粗孔也应占有适当的比例。活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔是在制造过程中形成的。沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体，其中只有均匀的细孔，成型时才形成晶体与晶体之间的粗孔。
孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。由此来表征吸附剂的孔特性。
d.表观重度（dl）：又称视重度。
吸附剂颗粒的体积（Vl）由两部分组成：固体骨架的体积（Vg）和孔体积（Vk），即：
Vl= Vg+ Vk
表观重度就是吸附颗粒的本身重量（D）与其所占有的体积（Vl）之比。
吸附剂的孔体积（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附剂中的微孔才有作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积，一般要比VP大。
e.真实重度（dg）：又称真重度或吸附剂固体的重度，即吸附剂颗粒的重量（D）与固体骨架的体积Vg之比。
假设吸附颗粒重量以一克为基准，根据表观重度和真实重度的定义则：
dl==l/Vl ; dg=l/Vg
于是吸附剂的孔体积为：
Vk=l/dl – l/dg
f.堆积重度（db）：又称填充重度，即单位体积内所填充的吸附剂重量。此体积中还包括有吸附颗粒之间的空隙，堆积重度是计算吸附床容积的重要参数。
以上的重度单位常用g/cm3、kg/l、kg/m3表示。
g.孔隙率（εk）：即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。
εk=Vk/（Vg+Vk）=（dg-dl）/ dg=1-dl/dg
h.空隙率（ε）：即吸附颗粒之间的空隙与整个吸附剂堆积体积之比。
ε=（Vb-Vl）/Vb=（dl-db）/dl=1-db/dl
衡量指标
参考来源