標籤:分析學

吸附劑是能有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分的固體物質。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;有良好的機械強度等。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。

1概述

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)。
衡量吸附劑的主要指標有:對不同氣體雜質的吸附容量、磨耗率、松裝堆積密度、比表面積、抗壓碎強度等。用於濾除毒氣,精鍊石油和植物油,防止病毒和黴菌,回收天然氣中的汽油以及食糖和其他帶色物質脫色等。

2種類

變壓吸附硅膠

  變壓吸附硅膠

業上常用的吸附劑有:硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等,另外還有針對某種組分選擇性吸附而研製的吸附材料。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。
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。氧化鎂
聚丙烯醯胺
作用原理
1)絮凝作用原理:PAM用於絮凝時,與被絮凝物種類表面性質,特別是動電位,粘度、濁度及懸浮液的PH值有關,顆粒表面的動電位,是顆粒阻聚的原因加入表面電荷相反的PAM,能使動電位降低而凝聚。
2)吸附架橋:PAM分子鏈固定在不同的顆粒表面上,各顆粒之間形成聚合物的橋,使顆粒形成聚集體而沉降。
3)表面吸附:PAM分子上的極性基團顆粒的各種吸附。
4)增強作用:PAM分子鏈與分散相通過種種機械、物理、化學等作用,將分散相牽連在一起,形成網狀。
聚丙烯醯胺的作用
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,用陽離子聚丙烯醯胺要比用陰離子、非離子聚丙烯醯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。
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佈在一狹窄的範圍內,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佈形式為: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。 
新型材料NSUL-2
該產品以植物為主要成分,通過一系列先進的工藝精製而成。該品能吸附多種重金屬、適應濃度範圍廣泛。廣泛適用於廢水中Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Pb2+、Cd2+等重金屬離子的去除,對重金屬吸附容量大。同時,該系列產品對油也有很好的去除效果,吸附飽和后的材料易於燃燒,可採用熱處理使其減容,並回收重金屬,不會造成二次污染。
【產品性能及特點】
⑴產品性能表
型號
NUSL-2
形狀
顆粒狀
顏色
深褐色
粒度(cm)
≤1
堆密度(g/cm2)
0.98~1.02
400℃燒失率(%)
61.0~65.0
含水量(%)
13.4~15.0
⑵產品特點
1)吸附重金屬離子能力強;
2)投資運行成本低;
3)與常規的化學沉澱法和吸附法相比,無二次污染產生;
4)吸附飽和后的材料易於燃燒且可回收重金屬。
【適用範圍】
適用於處理各種含重金屬廢水,如採礦、冶鍊、電鍍、電解、醫藥、油漆、合金、紡織、印染、農藥、造紙、煙草、陶瓷與無機顏料製造等行業。
【工藝流程】
採用多個「易更換抽屜式反應器」串聯處理污水,在出水處監測,若出水不達標進入循環系統繼續處理直至達標。若污水中含有有機污染物,進入反應器前可加入COD去除裝置作為預處理。產品使用工藝流程圖如下圖所示:
吸附劑
處理效果】
項目
Cr6+(mg/L)
Cu2+(mg/L)
Ni2+(mg/L)
Zn2+(mg/L)
Pb2+(mg/L)
Cd2+(mg/L)
進水
20~120
20~80
20~100
50~90
20~100
20~80
出水
≤0.2
≤0.5
≤0.5
≤2.0
≤0.5
≤0.1
註:對於進水濃度超過上述範圍的污水,可採取多級串聯的方式進行處理。
新一代再生水處理材料UERW-1
在再生水處理研究領域,目前採用較多的工藝方法是「老三段」法,即二級出水經混凝沉澱+砂濾+消
吸附劑
毒;近年來也出現了「生物+臭氧」工藝,但是這些工藝方法均存在工藝流程長、佔地面積大、設備投資大、成本較高、產生生物或化學污泥量大、氮磷和有害病菌無法同步去除的問題,難以廣泛應用。本產品以天然礦物為基體,經過一系列改性工藝製備而成,它具有同步去除氮磷、有機物和抗菌能力,且易於再生,城市污水廠二級出水經該產品「一步法」處理后出水即達到再生水水質指標。 
【產品性能及特點】
⑴產品性能表
型號
UERW-1
形狀
顆粒狀
顏色
肉紅色
密度
1.9g/cm3
含水量(%)
<0.5
⑵產品特點
1)同步去除二級出水中磷酸鹽、氨氮和硝態氮以及有害病菌;
2)運行成本低,是「老三段」處理方法成本的1/2左右;
3)工藝簡單,佔地面積小,無化學和生物污泥產生;
4)產品易於再生,可重複利用。
【適用範圍】
適用於處理城市污水廠二級出水作為再生水,如景觀水、土地回灌、道路沖洗水;也可用於生活小區中水回用處理、工業污水的三級處理以及氮、磷超標水的處理。
【主要污染物處理效果】
項目
COD(mg/L)
TP(mg/L)
TN(mg/L)
NH3-N(mg/L)
N-NO3-(mg/L)
大腸菌群(個/L)
進水
60
1.5
20
8
10
104
出水
≤15
≤0.2
≤1.5
≤1.0
≤0.5
≤3
註:上述效果為城市污水廠二級出水處理後主要水質指標

吸附劑的物理性質

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.孔徑與孔徑分佈: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。所以粗孔也應佔有適當的比例。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。
孔徑分佈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)與其所佔有的體積(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
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3其他

吸附劑也稱吸收劑.這種物質可使活性成分附著在其顆粒表面,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.其特性是吸附性強,化學性質穩定.
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.
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
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