吸附劑
| 吸附劑 |
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中文名；吸附劑 外文名；adsorbent 性 質；科學 類 別；化學 |
吸附劑也稱吸收劑。這種物質可使活性成分附着在其顆粒表面，使液態微量化合物添加劑變為固態化合物，有利於實施均勻混合。是一種能夠有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分的固體物質。具有大的比表面、適宜的孔結構及表面結構；對吸附質有強烈的吸附能力；一般不與吸附質和介質發生化學反應；製造方便、容易再生；有極好的吸附性和機械性特性。[1]
目錄
特性與分類
吸附劑一般有以下特點：大的比表面、適宜的孔結構及表面結構；對吸附質有強烈的吸附能力；一般不與吸附質和介質發生化學反應；製造方便、容易再生；有極好的吸附性和機械性特性。
吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學成分、表面極性等分類，如粗孔和細孔吸附劑，粉狀、粒狀、條狀吸附劑，碳質和氧化物吸附劑，極性和非極性吸附劑等。
常用的吸附劑有以碳質為原料的各種活性炭吸附劑和金屬、非金屬氧化物類吸附劑（如硅膠、氧化鋁、分子篩、天然黏土等）。最具代表性的吸附劑是活性炭，吸附性能相當好，但是成本比較高，曾應用在松花江事件中用來吸附水體中的甲苯。其次還有分子篩、硅膠、活性鋁、聚合物吸附劑和生物吸附劑等等。
吸附劑一般都是用在工業生產中，因此根據工業的常用性可以把吸附劑分為六大類。
硅膠，它主要用於乾燥、氣體混合物及石油組分的分離等；
氧化鋁，它也是一種脫水的吸附劑；
活性炭，主要用於水處理、脫色和氣體處理；
聚丙烯酰胺，主要用於生活污水和有機廢水；
沸石分子篩，用於氣體吸附分離、氣體和液體乾燥；
碳分子篩，主要起運輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。
吸附劑一般也分為有機物和無機物兩類，有機物類如小麥胚粉，脫脂的玉米胚粉，玉米芯碎片，粗麩皮，大豆細粉以及吸水性強的穀物類等。無機物類則包括二氧化硅，蛭石，硅酸鈣等。
應用
吸附劑會吸收製冷劑蒸汽，使蒸發器中壓力降低，於是會有更多液體氣化，蒸發中吸收熱量降溫，實現吸附製冷；吸附劑選擇吸附雜質，可進行產品提純；活性炭可用於污水處理場排氣吸附。
氣體吸附分離成功與否，極大程度上依賴於吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問題。
吸附劑是現代工業中一種不可缺少的產品，它的作用很大，不但可以分離物質還可以吸附一些產品中多餘的水分，成本低、工藝簡單、可重複使用，應用範圍遠遠大於工業需要。
工業越來越發達，吸附劑一般被廣泛的引用在石油工業的採油、煉油、貯油運輸產生的污水、洗艙水、機械工業的冷潤滑液、軋鋼水，電鍍污水及糧油加工、皮革、紙業、紡織、食品加工等多行業。
是一種堅硬、無定形鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，並將其水洗除去硫酸鈉後經乾燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用於乾燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業上用的硅膠分成粗孔和細孔兩種。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下，吸附量可達吸附劑重量的80%以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低於細孔硅膠。
氧化鋁
活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水製成，它的性質取決於最初氫氧化物的結構狀態，一般都不是純粹的Al2O3，而是部分水合無定形的多孔結構物質，其中不僅有無定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由於它的毛細孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對水有較強的親和力，是一種對微量水深度乾燥用的吸附劑。在一定操作條件下，它的乾燥深度可達露點-70℃以下。
活性炭
是將木炭、果殼、煤等含碳原料經炭化、活化後製成的。
活化方法可分為兩大類，即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學藥品，在非活性氣氛中加熱進行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發組分以後，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，並在700~1200℃溫度範圍內進行反應使其活化。
活性炭特性：
①活性炭的比表面積和孔隙結構
活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結構。比表面積可達500～1700㎡/g，其中小孔容積一般為0.15～0.9ml/g，表面積占比表面積的95%以上，過渡孔容積一般為0.02～0.1ml/g，表面積占比表面積的5%左右，而大孔容積一般為0.2～0.5ml/g，表面積很小，只有0.5～2㎡/g。
②活性炭的表面化學性質
由於活性炭表面有—OH基等，所以具有一些極性。
活性炭作用：
空氣淨化；污水處理場排氣吸附；飲料水處理；電廠水預處理；廢水回收前處理；生物法污水處理；有毒廢水處理；石化無鹼脫硫醇；溶劑回收；化工催化劑載體；濾毒罐；黃金提取；化工品儲存排氣淨化；製糖、酒類、味精醫藥、食品精製、脫色；乙烯脫鹽水填料；汽車尾氣淨化；PTA氧化裝置淨化氣體。
沸石分子篩
又稱合成沸石或分子篩，其化學組成通式為：
[M2（Ⅰ）M（Ⅱ）]O.Al2O3.nSiO2. mH2O
式中M2（Ⅰ）和M（Ⅱ）分別為為一價和二價金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅主要來自於硅酸鈉和硅膠，鋁則來自於鋁酸鈉和Al（HO）3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應製得的膠體物，經乾燥後便成沸石，一般n=2~10，m=0~9。
沸石的特點是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個碳以上的正烷烴。它已廣泛用於氣體吸附分離、氣體和液體乾燥以及正異烷烴的分離。
碳分子篩
實際上也是一種活性炭，它與一般的碳質吸附劑不同之處，在於其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的範圍內，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結構主要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過渡孔從大孔分支出來，微孔又從過渡孔分支出來。在分離過程中，大孔主要起運輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。
以煤為原料製取碳分子篩的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡單，但要製取高質量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。
碳分子篩在空氣分離製取氮氣領域已獲得了成功，在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。
聚丙烯酰胺
1）用於污泥脫水根據污泥性質可選用本產品的相應型號，可有效在污泥進入壓濾之前進行污泥脫水，脫水時，產生絮團大，不粘濾布，壓濾時不散，流泥餅較厚，脫水效率高，泥餅含水率在80%以下。
2）用於生活污水和有機廢水的處理，本產品在配性或鹼性介質中均呈現陽電性，這樣對污水中懸浮顆粒帶陰電荷的污水進行絮凝沉澱，澄清很有效。如生產糧食酒精廢水，造紙廢水，城市污水處理廠的廢水，啤酒廢水，味精廠廢水，製糖廢水，有機含量高 廢水、飼料廢水，紡織印染廢水等，用陽離子聚丙烯酰胺要比用陰離子、非離子聚丙烯酰胺或無機鹽類效果要高數倍或數十倍，因為這類廢水普遍帶陰電荷。
3）用於以江河水作水源的自來水的處理絮凝劑，用量少，效果好，成本低，特別是和無機絮凝劑複合使用效果更好，它將成為治長江、黃河及其它流域的自來水廠的高效絮凝劑。
4）造紙用增強劑及其它助劑。提高填料、顏料等存留率、紙張的強度。
5）用於油田經學助劑，如粘土防膨劑，油田酸化用稠化劑。
6）用於紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。
物理性質
吸附劑的良好吸附性能是由於它具有密集的細孔構造。與吸附劑細孔有關的物理性能有：
a.孔容（VP）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示（cm3/g).孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（Vk）不一定等於孔容（VP），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。
b.比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m2/g。吸附劑表面積每克有數百至千餘平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。
c.孔徑與孔徑分布：在吸附劑內，孔的形狀極不規則，孔隙大小也各不相同。直徑在數埃（A0）至數十埃的孔稱為細孔，直徑在數百埃以上的孔稱為粗孔。細孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利於吸附質的吸附。粗孔的作用是提供吸附質分子進入吸附劑的通路。粗孔和細孔的關係就象大街和小巷一樣，外來分子通過粗孔才能迅速到達吸附劑的深處。所以粗孔也應占有適當的比例。活性炭和硅膠之類的吸附劑中粗孔和細孔是在製造過程中形成的。沸石分子篩在合成時形成直徑為數微米的晶體，其中只有均勻的細孔，成型時才形成晶體與晶體之間的粗孔。
孔徑分布是表示孔徑大小與之對應的孔體積的關係。由此來表徵吸附劑的孔特性。
d.表觀重度（dl）：又稱視重度。
吸附劑顆粒的體積（Vl）由兩部分組成：固體骨架的體積（Vg）和孔體積（Vk），即：
Vl= Vg+ Vk
表觀重度就是吸附顆粒的本身重量（D）與其所占有的體積（Vl）之比。
吸附劑的孔體積（Vk）不一定等於孔容（VP），吸附劑中的微孔才有作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。
e.真實重度（dg）：又稱真重度或吸附劑固體的重度，即吸附劑顆粒的重量（D）與固體骨架的體積Vg之比。
假設吸附顆粒重量以一克為基準，根據表觀重度和真實重度的定義則：
dl==l/Vl ; dg=l/Vg
於是吸附劑的孔體積為：
Vk=l/dl – l/dg
f.堆積重度（db）：又稱填充重度，即單位體積內所填充的吸附劑重量。此體積中還包括有吸附顆粒之間的空隙，堆積重度是計算吸附床容積的重要參數。
以上的重度單位常用g/cm3、kg/l、kg/m3表示。
g.孔隙率（εk）：即吸附顆粒內的孔體積與顆粒體積之比。
εk=Vk/（Vg+Vk）=（dg-dl）/ dg=1-dl/dg
h.空隙率（ε）：即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。
ε=（Vb-Vl）/Vb=（dl-db）/dl=1-db/dl
衡量指標
參考來源