1、第九章第九章吸附分离吸附分离 吸附操作是一种古老的技术，早在两千多年前西汉古墓中就用木炭吸湿防潮，说明当时已了解到木炭有很强的吸湿作用。20世纪50年代前，因吸附剂种类少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等几种，选择吸附的能力低，只限于脱色、脱臭、吸湿、干燥等小型的操作过程。20世纪60年代以来，随着性能优良的吸附剂的不断开发(如合成沸石、活性氧化铝、分子筛等)以及各行各业分离要求的不断提高，使吸附分离技术得到了迅速发展，成为完整的单元操作过程。目前，吸附分离技术已经在轻工、炼油、化工、食品、环保等许多领域得到了广泛的应用。一、基本概念定义：吸附是利用吸附是利用吸附剂吸附剂对液对液体或气体中
2、某一组分具有体或气体中某一组分具有选选择性吸附择性吸附的能力，使其富集的能力，使其富集在吸附剂表面，再用适当的在吸附剂表面，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程。化的过程。液相液相(气相气相)固相固相 吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物应用：广广泛泛应应用用于于原原料料脱脱色色、脱脱臭臭，目目标标产产物物提提取取、浓浓缩缩和粗分离和粗分离吸附吸附剂剂吸附吸附质质脱附：吸附的逆过程脱附：吸附的逆过程vv吸附过程通常包括吸附过程通常包括吸附过程通常包括吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂待分离料液与吸附剂混合混合、吸附质被吸附质被吸附吸附到吸附剂
3、表面到吸附剂表面、料液流出料液流出、吸附吸附质质解吸回收解吸回收等四个过程等四个过程。v吸附剂吸附剂能够吸附其他物质的多孔性固体。能够吸附其他物质的多孔性固体。v吸附质吸附质在吸附过程中，被吸附的物质。在吸附过程中，被吸附的物质。料液与吸料液与吸料液与吸料液与吸附剂混合附剂混合附剂混合附剂混合吸附质吸附质吸附质吸附质被吸附被吸附被吸附被吸附料液料液料液料液流出流出流出流出吸附质解吸附质解吸附质解吸附质解吸附吸附吸附吸附Step1Step2Step3Step4常常用用于于从从稀稀溶溶液液中中将将溶溶质质分分离离出出来来，由由于于受受固固体体吸吸附附剂剂的的限限制制，处处理理能力较小；能力较小；对
4、对溶溶质质的的作作用用较较小小，这这一一点点在在蛋蛋白白质质分分离离中中特特别重要；别重要；可可直直接接从从发发酵酵液液中中分分离离所所需需的的产产物物，成成为为发发酵酵与与分分离离的的耦耦合合过过程程，从从而而可可消消除除某某些些产产物物对对微微生物的抑制作用；生物的抑制作用；溶溶质质和和吸吸附附剂剂之之间间的的相相互互作作用用及及吸吸附附平平衡衡关关系系通通常常是是非非线线性性关关系系，故故设设计计比比较较复复杂杂，实实验验的的工作量较大。工作量较大。吸附法的特点吸附法的特点：优点优点：有机溶剂掺入少有机溶剂掺入少 操作简便，安全，设备简单操作简便，安全，设备简单 pHpH变化小，适于稳定
5、性差的变化小，适于稳定性差的物质物质缺点缺点：选择性差选择性差收率低收率低无机吸附剂性能不稳定无机吸附剂性能不稳定不能连续操作，劳动强度不能连续操作，劳动强度大大碳粉等吸附剂有粉尘污染碳粉等吸附剂有粉尘污染1）物理吸附物理吸附（范德华吸附）：吸附质和吸附剂以分子间作用力为主分子间作用力为主的吸附，又又称为称为范德华吸附范德华吸附。物理吸附分离在原理上有四种类型：选择性吸附、分子筛效应、微孔的扩散和微孔中的凝聚。因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，不具有选不具有选择性择性。但吸附剂
6、与吸附质的种类不同，分子间引力。但吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。2）化学吸附化学吸附：吸附质和吸附剂分子间的化学键化学键作用力作用力所引起的吸附。其结合力大，放热量与化学反应热数量级相当，过程往往不可逆。化学吸附在催化中起重要作用，分离过程中较少使用。发生化学吸附时，被吸附的分子与吸附剂的表面分发生化学吸附时，被吸附的分子与吸附剂的表面分子之间发生了子之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成与生成。与物理吸附不同的是，化学吸附。与物理吸附不同的是，化学吸附具有选择具有选择性性，只有
7、当吸附剂与吸附质的分子之间形成化学键，只有当吸附剂与吸附质的分子之间形成化学键时，才会发生化学吸附。时，才会发生化学吸附。物理和化学吸附比较如下v物理吸附和化学吸附之间的区分并没有严格的界限。物理吸附和化学吸附之间的区分并没有严格的界限。在实际的吸附过程中，上述几类吸附往往同时存在。在实际的吸附过程中，上述几类吸附往往同时存在。物理吸附和化学吸附在一定条件下也是可以互相转物理吸附和化学吸附在一定条件下也是可以互相转化的。同一物质，可能在较低温度下进行物理吸附，化的。同一物质，可能在较低温度下进行物理吸附，而在较高温度下往往又是化学吸附。而在较高温度下往往又是化学吸附。v变温吸附：通常在环境温度
8、吸附，加热条件下解吸，利用温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。常用于从气体或液体中分离少量杂质。v变压吸附：在较高组分分压的条件下选择性吸附气体混合物中的某些组分，然后降低压力或抽真空使吸附剂解吸，利用压力的变化完成循环操作。般用于气体混合物的主体分离。v变浓度吸附：液体混合物中的某些组分在环境条件下选择性地吸附，然后用少量强吸附性液体解吸再生。用于液体混合物的主体分离。四四 三类吸附过程三类吸附过程 五五 常用吸附剂常用吸附剂吸附分离材料吸附分离材料按化学结构按化学结构分类分类无机吸附剂无机吸附剂高分子吸附剂高分子吸附剂炭质吸附剂炭质吸附剂按吸附机理按吸附机理分类分类化学吸附化学吸附物理吸
9、附物理吸附亲和吸附亲和吸附离子交换剂离子交换剂螯合剂螯合剂可再生高分子试剂和催化剂可再生高分子试剂和催化剂阳离子交换剂阳离子交换剂阴离子交换剂阴离子交换剂两性离子交换剂两性离子交换剂按形态和孔结构按形态和孔结构分类分类球型树脂（大孔、凝胶、大网）球型树脂（大孔、凝胶、大网）离子交换纤维与吸附性纤维离子交换纤维与吸附性纤维无定型颗粒吸附剂无定型颗粒吸附剂免疫吸附剂免疫吸附剂仿生仿生吸附剂吸附剂非极性吸附剂非极性吸附剂中极性吸附剂中极性吸附剂极性吸附剂极性吸附剂vv吸附剂通常应具备以下特征：吸附剂通常应具备以下特征：v（1）较高的）较高的选择性选择性以达到一定的分离要求；以达到一定的分离要求；v（
10、2）较大的）较大的吸附容量吸附容量以减小用量；以减小用量；v（3）较好的）较好的动力学及传递性质动力学及传递性质以实现快速吸附；以实现快速吸附；v（4）较高的化学及热）较高的化学及热稳定性稳定性，不溶或极难溶于待处，不溶或极难溶于待处理流体以保证吸附剂的数量和性质；理流体以保证吸附剂的数量和性质；v（5）较高的）较高的硬度及机械强度硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀；以减小磨损和侵蚀；v（6）较好的）较好的流动性流动性以便于装卸；以便于装卸；v（7）较高的）较高的抗污染能力抗污染能力以延长使用寿命；以延长使用寿命；v（8）较好的）较好的惰性惰性以避免发生不期望的化学反应；以避免发生不期望的化学反应
11、v（9）易再生易再生；v（10）价格便宜价格便宜。具有一定晶体结构的无机化合物，最典型的天然具有一定晶体结构的无机化合物，最典型的天然无机吸附剂为无机吸附剂为沸石类沸石类（Zeolite),包括方沸石、菱沸石、包括方沸石、菱沸石、丝光沸石、交沸石、钠沸石等。其它天然的丝光沸石、交沸石、钠沸石等。其它天然的硅铝酸盐硅铝酸盐如蒙脱土、绿砂以及如蒙脱土、绿砂以及长石类矿物长石类矿物（正长石、钠长石、（正长石、钠长石、灰长石、钙长石）也可作为无机吸附剂使用。灰长石、钙长石）也可作为无机吸附剂使用。人工合成的无机吸附剂有人工合成的无机吸附剂有合成沸石、分子筛、活合成沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、磷酸
12、锆等性氧化铝、硅胶、磷酸锆等。1、无机吸附剂、无机吸附剂(1)硅胶硅胶硅胶有天然的，也有人工硅胶有天然的，也有人工合成的。天然的多孔合成的。天然的多孔SiO2通常称为通常称为硅藻土硅藻土，人，人工合成的称为工合成的称为硅胶硅胶，用，用水水玻璃玻璃制取。制取。n用用硫硫酸酸处处理理硅硅酸酸钠钠水水玻玻璃璃便便生生成成硅硅胶胶，其其主主要要成成分分为为SiO2nH2O。n硅胶是硅胶是SiOSiO2 2微粒的堆积物，因此，通过控制胶团的尺寸和堆积微粒的堆积物，因此，通过控制胶团的尺寸和堆积 配位数可以控制硅胶的孔容、孔径和表面积。配位数可以控制硅胶的孔容、孔径和表面积。n硅胶的表面保留着大量的硅胶的
13、表面保留着大量的羟基羟基，是硅胶的吸附活性中心。，是硅胶的吸附活性中心。在在200200以上羟基会脱去，所以硅胶的以上羟基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于活化温度应低于200200n极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表等能与硅胶表 面的面的羟基生成氢键，吸附力很强羟基生成氢键，吸附力很强。对。对极性高的分子如芳香烃极性高的分子如芳香烃 不饱和烃等的吸附能力次之不饱和烃等的吸附能力次之。对。对饱和烃、环烷烃等只有色散饱和烃、环烷烃等只有色散 力的作用，吸附力最弱。力的作用，吸附力最弱。n硅硅胶胶常常作作为为干干燥燥剂剂用用于于气气体体或或液
14、液体体的的干干燥燥脱脱水水，也也可可用用于于分分离烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充离烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充材料。材料。（1）硅胶（）硅胶（SiO2nH2O）硅胶吸附剂的性质硅胶吸附剂的性质(2)活性氧化铝活性氧化铝活性氧化铝：活性氧化铝：活性氧化铝对活性氧化铝对水有较强的亲合力，因此工水有较强的亲合力，因此工业上常将其用作气（液）体业上常将其用作气（液）体的干燥剂。而它的再生温度的干燥剂。而它的再生温度又比分子筛低得多。可用活又比分子筛低得多。可用活性氧化铝干燥的部分工业气性氧化铝干燥的部分工业气体包括：体包括：Ar、He、H2、氟利氟利昂昂、
15、氟氯烷等。另外，活性、氟氯烷等。另外，活性氧化铝还可用作催化剂载体。氧化铝还可用作催化剂载体。活性氧化铝活性氧化铝Al(OH)3由三水合铝或三水铝矿加热脱水制成由三水合铝或三水铝矿加热脱水制成的一种多孔大表面吸附剂的一种多孔大表面吸附剂。根据制造工艺不同，氧化铝分。根据制造工艺不同，氧化铝分为低温氧化铝和高温氧化铝。前者的活化温度低于为低温氧化铝和高温氧化铝。前者的活化温度低于600，其不同形态的氧化化铝包括，其不同形态的氧化化铝包括、和和型氧化铝；后者型氧化铝；后者的活化温度为的活化温度为900-1000。n活活性性氧氧化化铝铝具具有有相相当当大大的的比比表表面面积积（200200400m4
16、00m2 2/g/g），且且机机械械强强度度高高，物物化化稳稳定定性性高高，耐耐高高温温，抗抗腐腐蚀蚀，但但不不宜宜在在强强酸酸、强强碱碱条条件件下下使用。使用。n活活性性氧氧化化铝铝表表面面的的活活性性中中心心是是羟羟基基和和路路易易斯斯酸中心，极性强，对水有很强的亲和作用。酸中心，极性强，对水有很强的亲和作用。n活活性性氧氧化化铝铝广广泛泛应应用用于于脱脱除除气气体体中中的的水水，也也常用作催化剂和色谱柱填充材料。常用作催化剂和色谱柱填充材料。（2）活性氧化铝（）活性氧化铝（Al2O3nH2O）活性氧化铝性质活性氧化铝性质 由由硅硅藻藻类类植植物物死死亡亡后后的的硅硅酸酸盐盐遗遗骸骸形形成
17、成的的，本本质质是是含含水水的的无无定定形形SiOSiO2 2，并并含含有有少少量量FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3及及有有机机杂杂质质，外外观观一一般般呈呈浅浅黄黄色色或或浅浅灰灰色色，优优质质的的呈呈白白色色，质质软软，多多孔孔而而轻轻。在在80100 下下，将将天天然然白白土土用用浓度为浓度为2040%的硫酸处理后，即得活性白土。的硫酸处理后，即得活性白土。活活性性白白土土的的化化学学组组成成随随所所用用粘粘土土原原料料和和活活化化条条件件不不同同而而有有很很大大的的差差异异，但但一一般般认认为为其其吸吸附附能能力力与与化化学学组组成成无无关关。市市售
18、售活活性性白白土土有有粉粉末末状和颗粒状两种规格。状和颗粒状两种规格。硅硅藻藻土土的的多多孔孔结结构构使使它它成成为为一一种种良良好好吸吸附附剂剂，在在食品、化工生产中常用来作食品、化工生产中常用来作助滤剂及脱色剂。助滤剂及脱色剂。（3）硅藻土）硅藻土（4）羟基磷灰石（磷酸钙）羟基磷灰石（磷酸钙）v在无机吸附剂中，磷酸钙是唯一的适用于生物活在无机吸附剂中，磷酸钙是唯一的适用于生物活性高分子物质（如蛋白质、核酸）的分离的吸附性高分子物质（如蛋白质、核酸）的分离的吸附剂。剂。v羟基磷灰石羟基磷灰石主要适用于蛋白质的层析分离主要适用于蛋白质的层析分离，也适，也适用于较小的核酸，如转移用于较小的核酸，
19、如转移RNARNA的分离。的分离。v用用0.5mol/L CaCl20.5mol/L CaCl2加加 0.5mol/L0.5mol/L磷酸二钠盐，在室磷酸二钠盐，在室温下反应，得到满意的流速的磷酸钙。温下反应，得到满意的流速的磷酸钙。CaHPO4.2H2OCaHPO4.2H2O在在pH 7pH 7以上，慢慢变为羟基磷灰石，以上，慢慢变为羟基磷灰石，即即Ca5(PO4)3OHCa5(PO4)3OH放出放出H3PO4H3PO4。v吸附性质：吸附性质：CaCa2+2+与蛋白质负电荷基团的静电吸附作与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用。用。沸石分子筛沸石分子筛是一种人工合成的高选择性吸附剂，其是一种人工合
20、成的高选择性吸附剂，其主要成分为主要成分为SiO2和和Al2O3等组成的等组成的结晶硅铝酸盐结晶硅铝酸盐。分子筛的晶体中有许多分子筛的晶体中有许多空穴空穴，空穴之间有许多直径，空穴之间有许多直径相同的微孔相连。相同的微孔相连。吸附时，比孔径小的分子，可通过微吸附时，比孔径小的分子，可通过微孔进入孔穴，并吸附于孔穴的内表面上；而比孔径大的孔进入孔穴，并吸附于孔穴的内表面上；而比孔径大的分子则不能进入微孔，从而将分子直径大小不同的混合分子则不能进入微孔，从而将分子直径大小不同的混合物分离开来，起到筛分分子的目的，故称为分子筛物分离开来，起到筛分分子的目的，故称为分子筛。分子筛具有按分子大小选择吸附
21、的优点，因而在制分子筛具有按分子大小选择吸附的优点，因而在制药化工生产中常用它来分离混合物药化工生产中常用它来分离混合物。目目前前所所使使用用的的分分子子筛筛品品种种达达100多多种种,工工业业上上最最常常用用的的分分子子筛筛有有A型型、X型型、Y型型、L型型、丝丝光光沸沸石石和和ZSM系系列列沸沸石石。孔径为孔径为0.31.0nm，比表面积为，比表面积为6001000m2/g。分分子子筛筛的的特特性性是是优优先先吸吸附附不不饱饱和和分分子子、极极性性分分子子以以及及易易极极化化分分子子;对对极极性性分分子子如如H2O、CO2、H2S和和其其他他类类似似物物质质有有很很强强的的亲亲和和力力,而
22、而与与有有机机物物的的亲亲和和力力较较弱弱。在在吸吸附附质质浓浓度度很低或湿度较高的情况下仍具有很强的吸附能力。很低或湿度较高的情况下仍具有很强的吸附能力。广广泛泛应应用用于于气气体体和和液液体体的的干干燥燥、脱脱水水、净净化化、分分离离和和回收等。回收等。分子筛产品分子筛产品2、炭质吸附剂炭质吸附剂 炭质吸附剂炭质吸附剂 包括包括活性炭、活性炭纤维以及炭化树脂活性炭、活性炭纤维以及炭化树脂。其。其中活性炭为微晶类碳系，微晶尺寸中活性炭为微晶类碳系，微晶尺寸1-3nm。活性炭的整。活性炭的整 体外观为无定形颗粒。体外观为无定形颗粒。活性炭是一种非极性吸附剂，是由含碳为主的物质作原活性炭是一种非
23、极性吸附剂，是由含碳为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。其外观为料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。其外观为暗黑色，有粒状和粉状暗黑色，有粒状和粉状、锦纶、锦纶3种。种。活性炭主要成分除碳以外，还有少量的氧、氢、硫等元活性炭主要成分除碳以外，还有少量的氧、氢、硫等元素，以及含有水分、灰分。它具有良好的吸附性能和稳素，以及含有水分、灰分。它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。高压作用，不易破碎。粒状碳成品粉状碳成品活化活化洗涤捏合成型炭化炭化 破碎、造粒原料干燥筛分制造
24、过程示意图制造过程示意图活化：把把碳渣造成发碳渣造成发达的达的多孔结多孔结构构 主要有两主要有两种方法：种方法：（1 1）气体法；）气体法；（2 2）药）药剂法。剂法。一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。所以，所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。炭的孔径分布来选择合适的活性炭。1）组成结构组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（料高
25、温（800）碳化而成的多孔网状结构）碳化而成的多孔网状结构（1）活性炭(1)活性炭活性炭与其它吸附剂相比，活性炭具有与其它吸附剂相比，活性炭具有巨大的比表面积巨大的比表面积，通常可达通常可达500-1700m2/g，因而形成强大的吸附，因而形成强大的吸附能力。能力。微孔的容积微孔的容积约为约为0.15-0.9mL/g，比表面，比表面积占活性炭总比表面积的积占活性炭总比表面积的95%以上。以上。过渡孔的容过渡孔的容积积通常为通常为0.02-0.1mL/g，比表面积一般不超过，比表面积一般不超过总比表面积的总比表面积的5%；大孔的容积大孔的容积为为0.2-0.5mL/g。在在气相吸附气相吸附中，吸
26、附容量在很大程度上中，吸附容量在很大程度上决定于微决定于微孔孔，而在，而在液相吸附液相吸附中，中，过渡孔过渡孔则起主要作用。则起主要作用。粉末活性炭粉末活性炭锦纶活性炭锦纶活性炭2）种类种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭 吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭活性炭对物质的吸附规律活性炭对物质的吸附规律v它具有物理吸附和化学吸附的双重特性,是是非极性吸非极性吸附剂附剂，在极性介质中，在极性介质中，对对非极性物质非极性物质具有具有较强的吸较强的吸附附，因此因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能在水中吸附能力大于有
27、机溶剂中的吸附能力。力。v针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1 1）对）对极性基团多的化合物极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物（2 2）对）对芳香族化合物芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3 3）对）对相对分子量大的化合物相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化的吸附力大于相对分子量小的化合物合物（4 4）pH pH 值的影响值的影响 在酸性条件吸附能力大，在酸性条件吸附能力大，pH6.8 pH6.8 吸附能力吸附能力较差较差（5 5）温度）温度 未平衡前未平
28、衡前 随温度升高而增加随温度升高而增加v活性炭产品的应用方向及领域 1石化行业 无碱脱臭（精制脱硫醇）重催的精制装置 乙烯脱盐水（精制填料）乙烯装置 催化剂载体（钯、铂、铑等）苯乙烯、连续重整装置 水净化及污水处理上水及下水的深度处理 2电力行业 电厂水质处理及保护锅炉装置 3化工行业 化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制 4食品行业 饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色 5黄金行业 黄金提取适用炭浆法、堆浸法提金工艺 尾液回收金矿的废物利用及环境保护 6环保行业 用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化 7相关行业 香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制
29、各种浸 渍剂液的制备等活性碳活性碳净净水水处处理理v活性碳活性碳应用于工业废水应用于工业废水，主要，主要为有机物为有机物、氯、氯气气及微量不及微量不纯纯物之去除，其亦常物之去除，其亦常与离子交换树脂组合与离子交换树脂组合以以制造超纯水制造超纯水。用。用于废水处理于废水处理，主要是去除一般，主要是去除一般难处理难处理之之有机有机化合物、化合物、卤卤化化物、酚物、酚类类、水银及水银及一些一些无机金属离子无机金属离子，如：，如：Sb,As,Bi,Sb,As,Bi,CrCr及及SnSn等。活性碳的等。活性碳的选择选择依依处理处理的水別及目的其也各不相的水別及目的其也各不相同同。（1 1）饮用饮用水水
30、源之水水源之净化净化，包括水，包括水内内含色、臭、合成含色、臭、合成洗涤剂洗涤剂 及及农药农药等之去除等之去除 （2 2）工工业业及及产业产业用水之用水之处理处理 （3 3）家庭家庭废水废水之之处理处理及再利用及再利用 （4 4）工业工业及及产业废水产业废水之之处理处理及再利用及再利用 （5 5）垃圾垃圾渗出渗出水水处处理理由由C、H等元素组成的聚合物，经过直接或间等元素组成的聚合物，经过直接或间接热处理得到的碳质吸附剂。接热处理得到的碳质吸附剂。(2)炭化树脂炭化树脂CHA-111树脂的外表面树脂的外表面 MCH-111树脂的外表面树脂的外表面 ND-900树脂的外表面树脂的外表面 球球形形
31、炭炭化化树树脂脂是是采采用用球球形形大大孔孔吸吸附附树树脂脂为为原原料料，经经炭炭化化、高高温温裂裂解解及及活活化化制制成成的的吸吸附附剂剂。与与其其他他形形状状活活性性炭炭相相比比，球球形形炭炭化化树树脂脂不不易易掉掉屑屑而而污污染染被被处处理理物物系系，且且可可与与被被处处理理气气体体或或液液体体均均匀匀接接触触，气气体体和和液液体体通通过过球球形形吸吸附附剂剂床床层层时时的的阻阻力力小小。通通过过控控制制聚聚合合条条件件，改改变变原原料料配配比比等等手手段段可可得得到到不不同同孔孔结结构构和不同性能的炭化树脂。和不同性能的炭化树脂。活活性性炭炭纤纤维维是是用用炭炭素素纤纤维维活活化化而而
32、制制得得的的一一种种纤纤维维状状吸吸附附剂剂，可可做做成成毛毛毡毡状状、纸纸片片状状、布布料料状状、蜂蜂巢巢状状等等。活活性性纤纤维维的的外外表表面面积积比比颗颗粒粒活活性性炭炭大大，吸吸附附和和解解吸吸速速度度比比颗颗粒粒状状活活性性炭炭大大，且且阻阻力力小小，容容易易使使气气体体或或液液体体透透过过，近近年年来来作作为为活活性性炭炭新新品品种种正正在在推推广应用广应用。(3)活性炭纤维活性炭纤维(ACF)3 大孔吸附树脂类v它是一种具有大孔结构的有机高分子共聚体，是一类人工合成的有机高聚物吸附剂。因其具多孔性结构而具筛选性，又通过表面吸附、表面电性或形成氢键而具吸附性。一般为球形颗粒状，粒
33、度多为20-60目。大孔树脂有非极性（HPD-100,HPD-300,D-101,X-5,H103）、弱极性（AB-8，DA-201,HPD-400）、极性（NKA-9,S-8,HPD-500）之分。大孔吸附树脂理化性质稳定，一般不溶于酸碱及有机溶媒，在水和有机溶剂中可以吸收溶剂而膨胀。（）（）孔径孔径v适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸附容量和吸附操作速度附容量和吸附操作速度（）（）比表面积比表面积：每克吸附剂所具有的表面积：每克吸附剂所具有的表面积v孔径越大，比表面积越小。孔径越大，比表面积越小。v比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。比表
34、面积越大，吸附量越大，反之，越小。v增加比表面积的方法：增加比表面积的方法：a.a.粉碎成小颗粒粉碎成小颗粒 b.b.吸附剂的活化吸附剂的活化 （3）颗粒尺寸与分布 六六 吸附剂性能的评价吸附剂性能的评价七七 影响吸附过程的因素影响吸附过程的因素v（1 1）吸附剂的特性吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条（比表面积、粒度、极性大小、活化条件）件）v（2 2）吸附物的性质吸附物的性质（极性大小、分子量）（极性大小、分子量）v（3 3）吸附的条件吸附的条件 pHpH（对蛋白等两性物质在（对蛋白等两性物质在PIPI附近吸附量最大）附近吸附量最大）温度（对蛋白分子，一般认为温度（对蛋白分子，
35、一般认为TT吸附量吸附量，考虑到稳定性，考虑到稳定性,通常在通常在0or0or室温操作）室温操作）盐浓度盐浓度（影响复杂，阻止（影响复杂，阻止oror促进吸附）促进吸附）v（4 4）吸附物浓度与吸附剂用量吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度（吸附物浓度，吸附量，吸附量，吸附法纯化蛋白时，要求浓度，吸附法纯化蛋白时，要求浓度1%,1%,以增强选择性以增强选择性,吸附剂吸附剂用量用量，吸附物总量，吸附物总量，但过量吸附剂导致成本，但过量吸附剂导致成本，选择性，选择性）再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，
36、从吸附剂的细孔中除去，以达用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。到能够重复使用的目的。1 1）加热再生法加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用分为高温再生和低温再生；一般采用高温再高温再生生。2 2）脱脱水水（活活性性炭炭与与液液体体分分离离）干干燥燥（100100150150度度）炭炭化化（300300700700度）活化（用蒸汽）冷却度）活化（用蒸汽）冷却 3 3）药剂再生法药剂再生法：酸碱、有机溶剂酸碱、有机溶剂 4 4）化学氧化法化学氧化法：湿式氧化、臭氧湿式氧化、臭氧 5 5）生物再生法生物再生法：利用微生物作用利用微生物作用 八、吸附剂的再
37、生八、吸附剂的再生 热再生法是通过加热的方法，使吸附质从吸附热再生法是通过加热的方法，使吸附质从吸附剂上脱附出来，从而达到使吸附剂再生的目的，它剂上脱附出来，从而达到使吸附剂再生的目的，它是目前应用最为广泛的再生方法是目前应用最为广泛的再生方法。实际生产中，热再生法常以实际生产中，热再生法常以高温水蒸气或惰性高温水蒸气或惰性气体作为加热介质气体作为加热介质，使用时应特别注意吸附剂的热，使用时应特别注意吸附剂的热稳定性。稳定性。热再生法可分解多种吸附质，且对吸附质基本热再生法可分解多种吸附质，且对吸附质基本没有选择性，具有应用范围广、再生效率高、再生没有选择性，具有应用范围广、再生效率高、再生时
38、间短等特点，是目前吸附剂再生的主要方法时间短等特点，是目前吸附剂再生的主要方法。缺缺点是能耗、投资和运行费用较高。点是能耗、投资和运行费用较高。溶剂再生法一般通过以下两种途径来实现。溶剂再生法一般通过以下两种途径来实现。一是使加入的溶剂与吸附质发生反应，生成易一是使加入的溶剂与吸附质发生反应，生成易溶物质，然后对吸附剂进行洗涤即可达到再生目的。溶物质，然后对吸附剂进行洗涤即可达到再生目的。例如，处理过含酚废水的活性炭，可用例如，处理过含酚废水的活性炭，可用NaOH溶液溶液进行脱附，这是因为活性炭所吸附的酚可与溶液中进行脱附，这是因为活性炭所吸附的酚可与溶液中的的NaOH发生化学反应而生成易溶的
39、酚钠，将活性发生化学反应而生成易溶的酚钠，将活性炭用炭用NaOH溶液多次洗涤后即可达到再生的目的。溶液多次洗涤后即可达到再生的目的。二是直接将吸附质从吸附剂上置换出来，从而二是直接将吸附质从吸附剂上置换出来，从而达到使吸附剂再生的目的达到使吸附剂再生的目的。例如，与水溶液相比，。例如，与水溶液相比，当分别采用甲醇、乙醇或丙酮作为溶剂时，活性炭当分别采用甲醇、乙醇或丙酮作为溶剂时，活性炭对苯酚的平衡吸附量均显著下降。因此，处理过含对苯酚的平衡吸附量均显著下降。因此，处理过含酚废水的活性炭可以用甲醇、乙醇或丙酮为溶剂，酚废水的活性炭可以用甲醇、乙醇或丙酮为溶剂，使活性炭所吸附的部分苯酚脱附出来，从
40、而达到使使活性炭所吸附的部分苯酚脱附出来，从而达到使活性炭再生的目的。活性炭再生的目的。不同溶剂中，活性炭与苯酚之间的吸附平衡关系不同溶剂中，活性炭与苯酚之间的吸附平衡关系 溶剂再生法适用于溶剂再生法适用于可逆吸附，常用于高浓可逆吸附，常用于高浓度、低沸点有机废水的度、低沸点有机废水的处理。但处理。但溶剂再生法的溶剂再生法的针对性较强，往往一种针对性较强，往往一种溶剂只能脱附某些吸附溶剂只能脱附某些吸附质，因而对于特定的溶质，因而对于特定的溶剂，其应用范围较窄。剂，其应用范围较窄。生物再生法是利用微生物的作用，将吸附剂表面所吸附生物再生法是利用微生物的作用，将吸附剂表面所吸附的有机物，氧化分解
41、成的有机物，氧化分解成CO2和和H2O的过程。的过程。生物再生法设备和工艺均比较简单，因而投资和运行费生物再生法设备和工艺均比较简单，因而投资和运行费用较低。但生物再生法对吸附质用较低。但生物再生法对吸附质具有一定选择性，只能用于具有一定选择性，只能用于可生物降解的吸附质。由于有机物氧化速度缓慢，故所需时可生物降解的吸附质。由于有机物氧化速度缓慢，故所需时间较长。间较长。且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成成CO2和和H2O，其中间产物仍残留在活性炭上，积累于微孔，其中间产物仍残留在活性炭上，积累于微孔中，多次循环后再生效率会明显降低，因而
42、限制了生物再生中，多次循环后再生效率会明显降低，因而限制了生物再生法的工业化应用。法的工业化应用。3 3）吸附剂的再生）吸附剂的再生生物再生法生物再生法 氧化分解再生法是利用氧化剂将吸附剂表面所氧化分解再生法是利用氧化剂将吸附剂表面所吸附的各种有机物氧化分解成小分子，从而达到使吸附的各种有机物氧化分解成小分子，从而达到使吸附剂再生的目的。吸附剂再生的目的。常用的氧化剂有常用的氧化剂有Cl2、KMnO4、O3、H2O2和空气等，常用方法主要是和空气等，常用方法主要是湿式氧化法。湿式氧化法。此外，还有电化学再生法此外，还有电化学再生法等。等。湿式氧化法湿式氧化法是在高温和中压的条件下，以氧气是在高
43、温和中压的条件下，以氧气或空气作为氧化剂，将吸附剂表面所吸附的有机物或空气作为氧化剂，将吸附剂表面所吸附的有机物氧化分解成小分子的一种再生方法，该法具有再生氧化分解成小分子的一种再生方法，该法具有再生时间短，再生效率稳定等优点，但对于某些难降解时间短，再生效率稳定等优点，但对于某些难降解的有机物，可能会产生毒性较大的中间产物。的有机物，可能会产生毒性较大的中间产物。电化学再生法电化学再生法也属于氧化分解再生法，是一种也属于氧化分解再生法，是一种新型的新型的活性炭再生技术活性炭再生技术。该法是将活性炭填充于两。该法是将活性炭填充于两个电极之间，然后对电解液施加直流电场，使活性个电极之间，然后对电
44、解液施加直流电场，使活性炭在电场作用下发生极化，一端成为阳极，另一端炭在电场作用下发生极化，一端成为阳极，另一端成为阴极，在阴极和阳极部位分别发生还原反应和成为阴极，在阴极和阳极部位分别发生还原反应和氧化反应，从而使吸附于活性炭上的污染物大部分氧化反应，从而使吸附于活性炭上的污染物大部分分解。该法操作方便且效率高、能耗低，其处理对分解。该法操作方便且效率高、能耗低，其处理对象所受局限性较小，若处理工艺完善，可以避免二象所受局限性较小，若处理工艺完善，可以避免二次污染。次污染。3、吸附树脂（高分子吸附剂）吸附树脂（高分子吸附剂）macroreticular resin;macroporous a
45、dsorbent;polymeric adsorbent吸附树脂吸附树脂就是树就是树脂吸附剂，是利脂吸附剂，是利用树脂能发生吸用树脂能发生吸附解吸作用，附解吸作用，以达到物质的分以达到物质的分离、净化目的的离、净化目的的一类可以反复使一类可以反复使用的树脂。用的树脂。大孔吸附树脂 v它是一种具有大孔结构的有机高分子共聚体，是一类人工合成的有机高聚物吸附剂。因其具多孔性结构而具筛选性，又通过表面吸附、表面电性或形成氢键而具吸附性。一般为球形颗粒状，粒度多为20-60目。大孔树脂有非极性（HPD-100,HPD-300,D-101,X-5,H103）、弱极性（AB-8，DA-201,HPD-400
46、极性（NKA-9,S-8,HPD-500）之分。大孔吸附树脂理化性质稳定，一般不溶于酸碱及有机溶媒，在水和有机溶剂中可以吸收溶剂而膨胀。（1）吸附树脂的分类）吸附树脂的分类吸附树脂吸附树脂非极性吸附树脂非极性吸附树脂中极性吸附树脂中极性吸附树脂极性吸附树脂极性吸附树脂强极性吸附树脂强极性吸附树脂电荷均匀分电荷均匀分布，不带任布，不带任何功能基何功能基含有酯基含有酯基一类的极一类的极性基团性基团具有酰胺、亚砜、具有酰胺、亚砜、腈等基团，这些腈等基团，这些基团的极性大于基团的极性大于酯基酯基有极性最有极性最强的极性强的极性基团，如基团，如吡啶基、吡啶基、氨基等氨基等 极性大孔吸附树脂：此类树脂
47、多具有酰基、亚砜、腈等基团，极性较大。如以丙烯酸胺、亚砜等作为聚合单体的树脂。强极性大孔吸附树脂：此类树脂含有极性很强的极性基团，如吡啶基、氨基等。以氧化氮类作为聚合单体的树脂也属于此类型。目前国内外可用于医药行业的大孔吸附树脂的种类很多，一些常见的大孔吸附树脂的性能指标见下表。表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国内主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表 表 国外主要大孔吸附树脂性能表
48、大孔吸附树脂简介 大孔吸附树脂大孔吸附树脂 (Macroporous Adsorption Resin)是是20世纪世纪60年代发展起来的、继离子交年代发展起来的、继离子交换树脂之后的一类新型分离材料，是一类没有换树脂之后的一类新型分离材料，是一类没有可解离基团，具有多孔结构，不溶于水的固体可解离基团，具有多孔结构，不溶于水的固体高分子物质。它具有选择性好、吸附性强、吸高分子物质。它具有选择性好、吸附性强、吸附速度快、机械强度高、再生处理方便等特点。附速度快、机械强度高、再生处理方便等特点。大孔吸附树脂吸附分离技术的核心是吸附树脂大孔吸附树脂吸附分离技术的核心是吸附树脂的性能及其相关的应用工艺
49、两者对分离效果的性能及其相关的应用工艺，两者对分离效果均有重要影响。因此使用该技术进行中药成分均有重要影响。因此使用该技术进行中药成分提取分离的时候，首先应该了解大孔吸附树脂提取分离的时候，首先应该了解大孔吸附树脂的性能及其使用方法的性能及其使用方法。大孔树脂组成与结构大孔树脂组成与结构 大孔吸附树脂主要以苯乙烯、二乙烯苯等大孔吸附树脂主要以苯乙烯、二乙烯苯等为原料，在为原料，在0.5的明胶溶液中，加入一定比例的明胶溶液中，加入一定比例的致孔剂聚合而成。其中，苯乙烯为聚合单体，的致孔剂聚合而成。其中，苯乙烯为聚合单体，二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯等作为致孔二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯等作
50、为致孔剂，他们互相交联聚合形成了大孔吸附树脂的剂，他们互相交联聚合形成了大孔吸附树脂的多孔骨架结构。此外，大孔吸附树脂的聚合单多孔骨架结构。此外，大孔吸附树脂的聚合单体还有体还有2甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、丙烯腈、甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸胺、亚砜、氧化氮类等，交联剂有双丙烯酸胺、亚砜、氧化氮类等，交联剂有双（甲基丙烯酸）乙二醇酯、甲基丙烯酸等，甲基丙烯酸）乙二醇酯、甲基丙烯酸等，致孔剂有石蜡、溶剂汽油、煤油、碳醇、聚乙致孔剂有石蜡、溶剂汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等。烯醇等。吸附原理与性能吸附原理与性能 大孔吸附
