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吸附剂知识普及(上)—选择和工业上常用的类别

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何为吸附剂?就是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。这篇文章将会详细的为您介绍吸附剂相关内容。

一、吸附剂的选择

如何选择、使用和评价吸附剂,是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面,对于流体都具有物理吸附的作用,但合乎工业要求的吸附剂则应具备如下一些要求:

吸附剂的类别.png

1.具有大的比表面积

吸附剂的有效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,例如硅胶的内表面积达500㎡/g,活性炭的内表面积达1000㎡/g,只有具有高度疏松结构和巨大暴露表面积的孔性物质,才能提供如此巨大的比表面积。

2.具有良好的选择性吸附作用

例如活性炭吸附二氧化硫(或氨)的能力,远大于吸附空气的能力,故活性炭能从空气与二氧化硫(或氨)的混合气体中优先吸附二氧化硫(或氨),达到分离净化废气的目的。

3.吸附容量大

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。吸附容量除与吸附剂表面积有关外,还与吸附剂的孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质等有关。吸附容量大,可降低处理单位流体所需的吸附剂用量。

4.具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸

如果颗粒太大或不均匀,易造成短路和流速分布不均,引起气流返混降低吸附分离效率;如果颗粒太小,床层阻力过大,严重时会将吸附剂带出器外。同时吸附剂是在温度、湿度、压力等操作条件变化的情况下工作的,这就要求吸附剂有良好的机械强度和适应性。尤其是采用流化床吸附装置,吸附剂的磨损大,对机械强度的要求更高,否则将破坏吸附正常操作。

5.有足够的热稳定性及化学稳定性

吸附剂.png

6.有良好的再生性能

吸附剂在吸附后需再生使用,不间断地进行吸附与再生操作,再生效果的好坏往往是吸附技术能否使用的关键,要求吸附剂再生方法简单、再生活性稳定。7.吸附剂的来源广泛、价格低廉。实际中,很难找到一种吸附剂能同时满足上述所有要求,因而在选择吸附剂时要权衡多方面的因素。同时,目前对吸附过程的实质还了解得不十分清楚,因而鉴别吸附剂吸附性能,还只能依靠实验测定和生产中考查,尚不能从理论上推出。

二、工业上常用的吸附剂

下面简要介绍一些工业上常用的吸附剂。

(一)活性氧化铝和氧化铝

活性氧铝是由含水氧化铝经加热脱水活化而制成,有粒状、片状和粉状。它有良好的机械强度,可以在移动床中使用。活性氧化铝主要用于空气或气体的干燥,碳氢化合物或石油气的浓缩、脱硫,焦炉气精制,含氟废气的净化等。氧化铝炼铝厂直接用电解铝的原料-氧化铝吸附净化炼铝排放的含氟废气,既净化了废气,又回收氟化氢作为电解铝的原料。

(二)活性炭

活性炭是许多具有吸附性能的碳基物质的总称,活性炭的主要成分是碳。几乎所有含碳的物质如煤、木材、锯木、骨头、椰子壳、果核、核桃壳等,在低于873K下进行碳化,所得残炭再用水蒸气或过热空气进行活化处理(近来还有用氯化锌、氯化镁、氯化钙和硫酸代替蒸汽作活化剂)即可制得。其中最好的原料是椰子壳,其次是核桃壳和水果核等。活性炭作吸附剂的用途甚广,可用于混合气体中有机溶剂蒸气(苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛等)的回收;烃类气体的提浓分离;空气或其他气体的脱臭;废水、废气(合有SO2、NO2、H2S、Cl2、CS2、CCL4等)的净化处理。活性炭的缺点是它的可燃性,因而使用温度一般不能超过473K。

(三)硅胶

硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒,其分子式为SiO2·H2O,其制备方法是将水玻璃(硅酸钠)溶液用酸处理,沉淀后得到硅酸凝胶,再经老化、水洗(去盐)、干燥而得。硅胶是工业上和实验室常用的吸附剂,主要用于气体或液体的干燥、烃类气体的回收、废气(含SO2、NOx)净化。

吸附剂的选择.png

(四)分子筛沸石

分子筛是一种人工合成的泡沸石,具有多孔骨架的硅铝酸盐结晶体,与天然泡沸石一样是水合铝硅酸盐的晶体,其化学通式:Mex/n[(Al2O3)x(SiO2),]·mH2O,式中的x/n是价数n的金属原子数。分子筛在结构上有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴,这些孔穴不但提供了很大的比表面积,而且它只允许直径比孔径小的分子进入,故称为分子筛。根据孔径大小不同和SiO2与Al2O3分子比不同,分子筛可分为不同的型号:3A(钠Y)、4A(钠A)、5A(钙A)、10X(钙X)、13X(钠X)、Y(钠Y)、钠丝光沸石型等。

分子筛与其他吸附剂比较,其优点有:

1.吸附选择性强

这是由于分子筛的孔径大小整齐均一,又是一种离子型吸附剂,因此它能根据分子的大小及极性的不同进行选择性吸附;

2.吸附能力强

即使气体的组成浓度很低,仍然具有较大的吸附能力;

3.在较高的温度下仍然具有较强的吸附能力

在相同温度条件下,分子筛的吸附容量较其他吸附剂大。正是由于上述优点,分子筛成为一种十分优良的吸附剂广泛应用于基本有机化工和石油化工生产中,解决了许多精馏和吸收操作难以解决的分离问题。在环境保护的废气和废水的净化处理上也受到重视。在废气的净化中,分子筛可以从废气中选择性地除去NO、H2O、CO2、CO、CS2、SO2、H2S、NH3、烃类、CCl4等有害气态污染物。


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