研究生课件吸附与离子交换

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第四章,吸附与离子交换,高等分离工程,吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（,气体或液体,）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。,被吸附到固体表面的组分,称为吸附质,吸附吸附质的多孔固体,称为吸附剂,吸附质附着到吸附剂表面的过程,称为吸附,吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程,称为解吸,吸附过程发生在,“,气固,”,或,“,液固,”,非均相界面,基本术语,A,A,B,，,C,按作用力性质分类：,吸附分离操作的分类,物理吸附,化学吸附,化学吸附,：,又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大小。,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。,吸附分离操作的应用,吸附分离操作的应用范围很广，既可以对气体或液体混合物中的某些组分进行大吸附量分离，也可以去除混合物中的痕量杂质。,日常生活：,木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）,化工领域,产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液， 吸附其中杂质，得到洁白的产品。,环境领域,水：,脱色脱臭，有害有机物的去除，金属离子，氮、磷,空气：,脱湿，有害气体，脱臭,特别适合于低浓度混合物的分离,常用吸附剂的主要特性,几种常用的吸附剂,吸附剂,吸附容量大,：,由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以,吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。,选择性高,：,对要分离的目的组分有较大的选择性。,稳定性好：,吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。,适当的物理特性：,适当的堆积密度和强度,廉价易得,具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂,常用吸附剂的主要特性,活性炭,活性炭是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原料加 工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经,活化后,制成活性炭。,几种常用的吸附剂,比表面积：,500,1700 m,2,/g,a.,比表面积越大，吸附量越大,：,但应注意对一些大分子，微孔所提供,的比表面积基本上不起作用。,活性炭细孔分布情况：,微孔：,2 nm,，占总比表面,95,：主要支配吸附量,过渡孔：,2-100nm,，,10,，吸附等温线几乎变成矩形，是不可逆吸附。,相对压力,相对吸附量,弗兰德里希等温线,2.,朗格谬尔（,langmuir),公式,方程推导的基本假定：,吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子。,吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。,吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。,吸附过程类似于气体的凝结过程，脱附类似于液体的蒸发过程,吸附在吸附剂表面的吸附质分子之间无作用力。,设吸附表面覆盖率为,，则,可以表示为：,气体的脱附速度,与,成正比，可以表示为：,k,d,气体的吸附速度,与剩余吸附面积,(1,),和气体分压成正比，可以表示为：,k,a,p(1,),q,m,为吸附剂表面所有吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，即饱和吸附量。,覆盖率越大，吸附量越大,吸附达到平衡时，吸附速度与脱附速度相等，则：,整理后可得单分子层吸附的,Langmuir,方程：,p,吸附质的平衡分压，,Pa,q,q,m,分别为吸附量和单分子层吸附容量，,L/kg,k,1,Langmuir,常数，与吸附剂和吸附质的性质和温度有关，该值越大表示吸附剂的吸附能力越强。,令,:k1=Ka/Kd,当,p,很小时，,则：,q,=,k,1,q,m,p,呈亨利定律，即吸附量与气体的平衡分压成正比。,当,p,时，,q,=,q,m,此时，吸附量与气体分压无关，吸附剂表面被占满，形成单分子层。,Langmuir,公式分析：,Freundlich,等温线,单分子层,Langmuir,等温线,单分子层,等温线,多分子层,Henry,等温线,稀浓度,双组分气体吸附,混合气体中有两种组分发生吸附时，每种组分吸附量均受另一种组分的影响。,活性炭对乙烷的吸附较多，而硅胶对乙烯的吸附较多。,乙烷,-,乙烯混合气体的平衡吸附,(25,，,101.325 kPa),液相吸附的特点,液相吸附的机理比气相复杂。在吸附质发生吸附时，溶剂也有可能被吸附。,影响因素包括,：,除温度和溶质浓度外，溶剂种类、吸附质的溶解度和离子化、各种溶质之间的相互作用等。,在溶剂的吸附作用忽略不计时，可以认为是,单组分吸附。,液相吸附,吸附等温线测定方法：,假设溶剂不被吸附，或者液体混合物是溶质的稀溶液,测定溶液与吸附剂接触前后的浓度变化,达到吸附平衡时：,V,：液体容积，,m,：吸附剂质量,：吸附,平衡时,，液相中溶质浓度,0,：吸附前，液相中溶质浓度,q,= V(,0,-,)/m,吸附等温式,Freundlich,吸附等温方程式：,q,平衡吸附量，,kg/kg,k,和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数,n,常数，和温度有关,吸附质在液相中的平衡浓度, mg/L,（,1,）吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面,外扩散,（,2,）吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散,内扩散,（,3,）吸附质在吸附剂的,内部表面上被吸附,一般第,(3),步的速度很快，吸附传质速率主要取决于,第,(1),和,(2),两步。,外扩散速度很慢,外扩散控制,内扩散速度很慢,内扩散控制,吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程,离子交换吸附,无机离子交换剂,有机离子交换剂,沸石,离子交换树脂,离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂,。,离子交换法概述,离子交换长期以来应用于水处理和金属的回收。,在生物工业中，由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于操作，几乎所有的生物分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换法已广泛用于生物分子的分离纯化技术。,主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。,概述,离子交换分离法,通过,带电的溶质分子,与离子交换剂中,可交换的离子,进行交换而达到分离纯化的方法。,作用力：库仑力,分离原理：吸附质的电荷差异,离子交换等温线,N,概述,其结构由三部分组成：,1.,骨架：,不溶性的三维空间网状结构构成的树脂，使树脂具有化学稳定性；,2.,功能基团：,是与骨架相联的；,3.,活性离子：,是与功能基团所带电荷相反的可移动的离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。,离子交换树脂,离子交换树脂的结构,-,网络骨架,苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系,离子交换原理,主要依赖,电荷间的相互作用,，利用带电分子中电荷的,微小差异,而进行分离。,选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。,带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与介质的结合牢度不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。,树脂和操作条件的选择与应用,目标物质是非离子型,目标物质是离子型,可能用离子交换法来分离,不能用离子交换法来分离,树脂的选择,根据要分离的目标物质的性质来选择合适的树脂。,洗脱,（,1,）改变溶液,pH,值,（,2,）改变溶液离子强度（竞争性吸附）,树脂再生,再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。,钠型阳树脂可用,NaCl,溶液再生，用量为其交换容量的,2,倍 ；,氢型阳树脂用强酸再生，盐酸或硫酸,氯型碱性树脂，主要以,NaCl,溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出。,OH,型碱阴树脂则用,4%NaOH,溶液再生。,Thank You !,