【正文】 第五章吸附及離子交換技術(shù) 第一節(jié) 吸附 第二節(jié) 離子交換基本原理 第三節(jié) 離子交換樹脂 第四節(jié) 離子交換技術(shù)實(shí)施 第五節(jié) 離子交換技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 第六節(jié) 離子交換技術(shù)的發(fā)展 學(xué)習(xí)目標(biāo) ? 了解吸附劑的性能特點(diǎn)，了解離子交換樹脂的分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及離子交換技術(shù)的發(fā)展； ? 熟悉常用吸附技術(shù)及離子交換樹脂命名、理化性質(zhì)、功能特性、選擇方法、基本計(jì)算及典型生產(chǎn)工藝； ? 掌握吸附與離子交換基本原理、工藝過(guò)程和操作方式； ? 會(huì)分析影響吸附與離子交換效果的相關(guān)因素，能夠正確從事吸附與離子交換工藝操作，能處理吸附與離子交換過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題。 第一節(jié) 吸附 (adsorption ) 吸附定義 利用 吸附劑 對(duì)液體或氣體中 某一 (些 )組分具有選擇性 吸附的能力 ，使其富集在吸附劑表面。實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到吸附劑表面的過(guò)程。 吸附過(guò)程 料液與吸附劑接觸 吸附質(zhì)被吸附 料液流出 吸附質(zhì)解吸附 Step1 Step2 Step3 Step4 吸附法的特點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)便、安全、設(shè)備簡(jiǎn)單，操作過(guò)程中 pH變化很小，少用或不用有機(jī)溶劑，操作條件溫和，適用于熱敏性物質(zhì)分離，但處理能力較低，吸附劑的吸附性能不太穩(wěn)定，不能連續(xù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 吸附法應(yīng)用： 一般常用于除臭、脫色、吸濕、防潮、去熱源以及從稀溶液中分離精制某些產(chǎn)品：如酶、蛋白質(zhì)、核苷酸、抗生素、氨基酸等。 家用水處理機(jī)又稱凈水器，可直接裝在家用出水口，是一種高效方便的飲用水深度凈化裝置。 一種為單一的過(guò)濾型，主要采用活性炭、 PP（ 聚丙烯）過(guò)濾棉、礦物質(zhì)濾材中的一種或兩種組合進(jìn)行水處理，僅能除去部分懸浮物、余氯和有機(jī)物，但效果不徹底，容量有限，可能產(chǎn)生二次污染，只能用作飲用水的初級(jí)處理。 另一種為多種水處理方式的有機(jī)結(jié)合，主要是在上一種的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多重處理，而且增加了超濾膜、紫外燈、臭氧等除菌裝置，在對(duì)懸浮物、余氯、有機(jī)物、重金屬、細(xì)菌、病毒等都有很好的去除功能，對(duì)于處理水體的適應(yīng)性強(qiáng)，是目前家用水處理機(jī)最常見的水處理方式。 知識(shí)鏈接 家用水處理機(jī)的原理及使用維護(hù)知識(shí) 再一種是在粗濾和活性炭之后，用反滲透膜、納濾膜進(jìn)行的高壓分離膜分離，能有效去除有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽，口感好，但水體中礦物元素含量較低，出水量很?。ㄒ话闱闆r下為 8L/h）。 上述所有的水處理過(guò)程都是一個(gè)濾材消耗的過(guò)程，濾材的有效周期（壽命）不僅與本身的材質(zhì)和使用時(shí)間有關(guān)，還與原水質(zhì)量、日水處理量等因素有關(guān)，它直接關(guān)系到使用成本和水質(zhì)；另外由于去除了余氯的凈水很容易被細(xì)菌所污染，因此必須裝有一套高效、長(zhǎng)壽、可靠的消毒系統(tǒng)，才能保證水處理效果。 知識(shí)鏈接 家用水處理機(jī)的原理及使用維護(hù)知識(shí) 一、吸附的基本原理 分類 ? 物理吸附 吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是分子間引力 （ 范德華力 ） 。 ? 化學(xué)吸附 利用吸附劑與吸附質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)移 ， 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的 ， 屬于庫(kù)侖力范圍 。 它與通常的化學(xué)反應(yīng)不同 ， 吸附劑表面的反應(yīng)原子保留了它或它們?cè)瓉?lái)的格子不變 。 ? 交換吸附 吸附表面如為極性分子或離子所組成 ， 則它會(huì)吸引溶液中帶相反電荷的離子而形成雙電層 ， 這種吸附稱為極性吸附 。 同時(shí)在吸附劑與溶液間發(fā)生離子交換 ，即吸附劑吸附離子后 ， 同時(shí)要向溶液中放出相應(yīng)摩爾數(shù)的離子 。 常見的吸附類型及其主要特點(diǎn) 物理吸附 化學(xué)吸附 吸附作用力 分子間引力 化學(xué)鍵合力 選擇性 較差 較高 所需活化能 低 高 吸附層 單層或多層 單層 達(dá)到平衡所需時(shí)間 快 慢 吸附速度與吸附平衡 ? 吸附過(guò)程是一個(gè)物質(zhì)傳遞過(guò)程，極限是吸附過(guò)程達(dá)到平衡，即吸附劑表面、氣相或液相主體的吸附質(zhì)濃度不再發(fā)生變化。吸附質(zhì)首先要從氣相或液相主體擴(kuò)散到吸附劑的外表面（外擴(kuò)散），吸附在外表面上（表面吸附），或者從吸附劑的外表面向顆粒內(nèi)部的微孔內(nèi)擴(kuò)散（內(nèi)擴(kuò)散），在向微孔內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程中吸附在內(nèi)表面上（表面吸附）。 吸附速度 吸附質(zhì)從氣相或液相主體吸附到吸附劑上的速度取決于擴(kuò)散與表面吸附速度。 外擴(kuò)散速度主要取決于流體的湍動(dòng)程度、流體粘度及吸附質(zhì)的濃度，湍動(dòng)程度與吸附質(zhì)濃度越大，流體粘度越小，外擴(kuò)散速度越大；內(nèi)擴(kuò)散速度主要取決于微孔的大小、微孔的長(zhǎng)度及微孔的曲折程度，微孔越大，曲折程度越小，微孔越短，內(nèi)擴(kuò)散速度越大；表面吸附速度主要取決于吸附面積的大小、吸附力的大小及反應(yīng)速度的大小，吸附面積越大，吸附力越大，反應(yīng)速度越大，表面吸附速度越大。 吸附平衡 吸附等溫線： 當(dāng)吸附劑與溶液中的溶質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)，其吸附量 q與溶液中溶質(zhì)濃度 c和 溫度 有關(guān)。 當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量 q只和濃度有關(guān)， q = Kc q— 單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量， kg(溶質(zhì) )/kg(吸附劑 )； K— 吸附平衡常數(shù)， m3（溶液） /kg（吸附劑）； c— 平衡時(shí)氣體或液體中吸附質(zhì)濃度， kg（溶質(zhì)） / m3（氣體或液體）。 ?吸附劑上有多個(gè)活性位點(diǎn)； ?每個(gè)活性具有相同的能量； ?并只能吸附一個(gè)分子的溶質(zhì)； ?吸附的分子間無(wú)相互作用； 蘭格繆爾單分子吸附理論 影響吸附的主要因素 ? 吸附劑的性質(zhì) ? 吸附質(zhì)的性質(zhì) ? 溫度 ?溶液 pH值 ?鹽濃度 ?吸附物質(zhì)的濃度與吸附劑量 ?溶劑 吸附質(zhì)的解析 吸附劑吸附了吸附質(zhì)后，其吸附能力下降，當(dāng)吸附達(dá)到飽和后，吸附劑就失去了吸附能力。為了使吸附劑恢復(fù)吸附能力，同時(shí)也為了更好地回收吸附質(zhì)，需進(jìn)行解吸操作。解析方式如下： （ 1）變溫解吸分離 吸附劑在常溫或低溫下吸附物質(zhì)后，可通過(guò)提高溫度使被吸附的物質(zhì)從吸附劑上解吸下來(lái)，吸附劑本身被再生，然后降溫（用低溫氣體吹掃吸附劑層）進(jìn)行新一輪的吸附操作。 （ 2）變壓解吸分離 在較高的壓力下完成吸附操作，在較低壓力下進(jìn)行解吸。 （ 3）洗脫分離 對(duì)于熱敏性吸附質(zhì)，常采用混合溶劑對(duì)吸附劑進(jìn)行洗滌，使吸附質(zhì)從吸附劑上解吸下來(lái)，稱為洗脫。 二、常用的吸附劑 ? 吸附劑應(yīng)具備的特征 ? 吸附劑分類： ? 評(píng)價(jià)吸附性能的參數(shù) 比表面積、孔徑 常用的吸附劑 活性炭 活性炭種類 顆粒大小 表面積 吸附力 吸附量 洗脫 粉末活性炭 小 大 大 大 難 顆?；钚蕴? 較小 較大 較小 較小 難 錦綸活性炭 大 小 小 小 易 粉末