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第一页，共三十二页，2022年，8月28日 第5章 污染物的吸附分离控制 第二页，共三十二页，2022年，8月28日 ◆ 吸附的定义： 利用多孔性固体表面存在未平衡的分子引力或化学键力，把混合物某一（些）组分吸留在固体表面上，这种分离混合物过程称吸附。 第三页，共三十二页，2022年，8月28日 2007年度诺贝尔化学奖获得者 格哈特·埃尔特（Gerhard?Ertl） 第四页，共三十二页，2022年，8月28日 获奖及生日同贺（2007-10-10，71岁） 第五页，共三十二页，2022年，8月28日 人们早就知道，氮肥对于农业生产而言具有举足轻重的作用。而埃特尔研究发现，氨的合成反应在铁催化剂表面进行时效率大大提高，使这一技术的产业化成为现实，这给人类社会的农业生产带来了巨大的经济效益。 此外，汽车尾气中含有大量一氧化碳，如果不加净化则会对人类生活造成危害。埃特尔有关一氧化碳在金属铂表面的氧化过程的研究，催生了汽车尾气净化装置。 第六页，共三十二页，2022年，8月28日 ■ 固体表面上的吸附作用（物理吸附和化学吸附） 物理吸附——气体分子以范德华力被吸附，与气体凝聚成液体过程类似 化学吸附——气体分子以化学键力被吸附，此时往往伴随分子发生变形甚至解离，电子转移、原子重排、键的断裂与形成等过程。 物理吸附与化学吸附常相伴或交替发生 如金属钨对氧吸附，可以同时出现分子态氧的物理吸附、原子态氧的化学吸附等； 又如：钯对CO的吸附在中低温区属于物理吸附，而温度升高又转化为化学吸附。 第七页，共三十二页，2022年，8月28日 I类：活性碳吸附有机气体(微孔吸附剂) II类：非孔性硅胶或TiO2吸附N2（多层吸附） III类：硅胶吸附Br2 （分子作用力弱） IV类：石墨吸附水（有限的多层吸附） V类：活性碳吸附水（分子吸引效应大） 第八页，共三十二页，2022年，8月28日 ◆ 吸附等温方程 典型的吸附曲线模型 Langmiur 吸附等温线 Freundlich 吸附等温线 第九页，共三十二页，2022年，8月28日 溶液中Langmiur吸附等温线的推导： A + B → C 吸附质 吸附剂 吸附分子 t = 0 C0 t = t C (1- ?） ? 请推导：X = KXmC/(1+KC) 其中 ? =X/Xm 第十页，共三十二页，2022年，8月28日 Freundlich吸附等温方程式 溶液中的吸附 lgX = lgK + 1/nlgC 第十一页，共三十二页，2022年，8月28日 ◆ 活性炭 活性炭属微孔吸附剂 活性炭的结构类似于石墨，由排成六角形的碳原子平行层面组成。与石墨不同，各个平行层面不是完全垂直共轴排列，而是不规则地互相垂直 活性炭结构内存在着不规则基本微晶，微晶边棱含非碳杂质，随活化条件不同，可形成酸性或碱性官能团。 第十二页，共三十二页，2022年，8月28日 石墨层状结构 第十三页，共三十二页，2022年，8月28日 FE-SCM：场发射扫描电镜（field-emission scanning electron microscopy） 第十四页，共三十二页，2022年，8月28日 第十五页，共三十二页，2022年，8月28日 ◆ 活性炭对溶解性有机物的处理 1,2-二溴乙烷 1,2-二氯乙烷 1.1.1-三氯乙烷（3.5℃） 1,2-二氯代苯 0 200 400 600 1000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 平衡浓度(mg/L) 活 性 碳 吸 量 (L/kg碳) 图5-9 活性炭对一些非离子性有机化合物的吸附等温线 第十六页，共三十二页，2022年，8月28日 ◆ 活性炭的比表面 活性炭具有较大的比表面积。 以水蒸汽或以氯化锌为活性剂制备的活性炭，其比表面为1000m2/g 左右； 以KOH等碱作为活化剂制备的高比表面活性炭，其比表面可达3000m2/g。 如用核桃壳作为原料，用KOH活化生产的活性炭，其碘吸附值和亚甲基兰值都是普通水蒸汽法的两倍。 第十七页，共三十二页，2022年，8月28日 活性炭的再生 （1）脱水：使活性炭与输送液分离。 （2）干燥：加温到100-150℃，将细孔中的水分蒸发出来。 （3）碳化：加热到300-700℃，高沸点的有机受热分解，一部分成为低沸点物质而挥发，另一部分