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?1.前言

能有效(xiao)地從氣相(xiang)或液相(xiang)中吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)一(yi)種或幾種成(cheng)分的(de)固體物(wu)質(zhi)稱為吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑。吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑的(de)共(gong)同(tong)特點是有大的(de)比表面(mian)積、適(shi)宜的(de)孔(kong)徑結(jie)構(gou)和表面(mian)結(jie)構(gou)，對吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)質(zhi)有強烈(lie)的(de)選擇吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)，一(yi)般(ban)不與吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)質(zhi)和介質(zhi)發生化(hua)(hua)學反(fan)應，制(zhi)造方便(bian)、易再生，有良好的(de)力(li)學強度等。吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑可(ke)按孔(kong)徑大小、顆粒(li)形(xing)狀、化(hua)(hua)學成(cheng)分、表面(mian)性質(zhi)等分類，如粗(cu)孔(kong)和細孔(kong)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑，粉(fen)狀、粒(li)狀、條(tiao)狀吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑，碳和氧化(hua)(hua)物(wu)類吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑，極性和非極性吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑等。

最常用的(de)吸附劑有(you)以(yi)碳為基本成(cheng)分(fen)的(de)活性(xing)炭、炭黑、碳分(fen)子篩等；金(jin)屬和非金(jin)屬氧(yang)(yang)化物，如(ru)氧(yang)(yang)化鋁、沸石分(fen)子篩、黏土、硅膠的(de)鹽(yan)類(lei)。

?2.吸附劑物性表征

1)孔結構(gou)：大(da)部分吸附(fu)(fu)劑和(he)多相催(cui)化(hua)劑都有豐富的孔(kong)。孔(kong)結(jie)構的含義比較廣(guang)泛、其中應(ying)包括(kuo)孔(kong)徑大(da)小及分布、孔(kong)的形狀和(he)類型、內孔(kong)體積與固體總(zong)體積之比、單位質量(liang)吸附(fu)(fu)劑的孔(kong)體積。

同一種吸附劑或不同種吸附劑的孔，其大小和形狀都有很大變化。通常對孔的大小以孔的寬度表征。如圓孔寬度即為直徑，重疊板形孔的寬度為其板間距。孔大小的分類有：孔寬度小于2nm的為微孔，孔寬度在2~50nm之間為中孔，孔寬度大于50nm為大孔。孔徑分布、比孔容、孔隙率也常用來表征孔結構。

微(wei)(wei)孔寬度與大(da)多數氣體分子和(he)(he)有機小分子的(de)大(da)小接(jie)近，在(zai)微(wei)(wei)孔中吸(xi)附(fu)分子受(shou)到周圍(wei)孔壁的(de)疊加相(xiang)(xiang)互作用，使其(qi)吸(xi)附(fu)勢能比在(zai)平面上(shang)和(he)(he)大(da)孔中的(de)大(da)得多。這種高(gao)吸(xi)附(fu)勢能的(de)表現(xian)是(shi)在(zai)微(wei)(wei)孔中的(de)微(wei)(wei)分吸(xi)附(fu)熱(re)高(gao)；在(zai)低平衡壓力時微(wei)(wei)孔吸(xi)附(fu)劑(ji)仍(reng)可保持相(xiang)(xiang)當大(da)的(de)吸(xi)附(fu)力。微(wei)(wei)孔吸(xi)附(fu)劑(ji)的(de)主(zhu)要參數不是(shi)比表面而(er)是(shi)微(wei)(wei)孔孔徑(jing)(jing)和(he)(he)微(wei)(wei)孔容(rong)積(ji)，微(wei)(wei)孔孔徑(jing)(jing)限制了能被吸(xi)附(fu)分子的(de)大(da)小，微(wei)(wei)孔體積(ji)決定了最大(da)吸(xi)附(fu)能。

中(zhong)孔的寬度較一般分(fen)子(zi)大得(de)多(duo)。在中(zhong)孔吸附劑上(shang)表面(mian)與吸附分(fen)子(zi)的作用限(xian)于(yu)距表面(mian)不遠的距離內，在表面(mian)上(shang)可發生單分(fen)子(zi)層或多(duo)分(fen)子(zi)層吸附。中(zhong)孔吸附劑最重要的參數是比(bi)表面(mian)，它決定(ding)了(le)吸附量的大小。

大(da)孔(kong)(kong)(kong)的(de)寬度(du)過大(da)，以至于(yu)在這類(lei)吸附(fu)劑(ji)(ji)上(shang)吸附(fu)與在平表面上(shang)無異，在大(da)孔(kong)(kong)(kong)上(shang)不(bu)發生毛細(xi)凝結。一般來說，很少有單純含大(da)孔(kong)(kong)(kong)的(de)吸附(fu)劑(ji)(ji)，大(da)孔(kong)(kong)(kong)只是通(tong)向吸附(fu)劑(ji)(ji)中孔(kong)(kong)(kong)或微孔(kong)(kong)(kong)的(de)通(tong)道。少量的(de)大(da)孔(kong)(kong)(kong)吸附(fu)劑(ji)(ji)多用作色(se)譜擔(dan)體。

2)孔隙(xi)率：開孔(kong)孔(kong)隙(xi)體積(ji)占樣品總體積(ji)的百(bai)分數稱(cheng)(cheng)為孔(kong)隙(xi)率(lv)，也稱(cheng)(cheng)氣孔(kong)率(lv)、孔(kong)度。對(dui)于同一類吸附劑，孔(kong)隙(xi)率(lv)越大吸附能力越強。

3)比表面積：單位體積或單位質量固體的表面積稱為比表面積。但是，對于吸附劑和催化劑通常更為明確地定義為1g固體的總表面積，通常用單位m2/g?。

?形狀規則和(he)無孔(kong)固(gu)體的(de)比(bi)表面可采(cai)用(yong)(yong)測量固(gu)體的(de)大小來計(ji)算比(bi)表面。如半(ban)徑(jing)均(jun)勻的(de)聚苯乙烯膠(jiao)乳，可用(yong)(yong)不(bu)同手(shou)段準確測出半(ban)徑(jing)、根據單位質量膠(jiao)乳中含有的(de)粒子數計(ji)算出比(bi)表面。對于空性(xing)吸附劑(ji)，測定比表面可采用氣體吸附(fu)法、溶液吸附(fu)法、潤濕熱(re)法進行(xing)測定。

4)密度(du)：單位體積(ji)(ji)(ji)物質的(de)質量成為(wei)密度(du)。對(dui)于多孔性或(huo)粉狀吸附(fu)劑，因采用不同(tong)的(de)含義或(huo)采用不同(tong)的(de)方法度(du)量物體體積(ji)(ji)(ji)，故可有表(biao)觀密度(du)、堆積(ji)(ji)(ji)密度(du)和(he)真空密度(du)之分。

5)粒度：粒度是指粒子大小，但由于對粒子的定義和分類有多種，故粒度的定義比較含混。利用化學反應的方法得到的最初由若干個原子、分子或離子構成的晶粒，稱為初級粒子或一次粒子，這種粒子的大小一般小于100nm。由若干一次粒子聚集而成的聚集體稱為二次粒子，其大小與形成一次粒子時介質中的可溶性物質及以后加入的添加劑性質、濃度等因素有關。由此，粒度可視為顆粒在空間范圍內的線性尺度，球形顆粒粒度即為其直徑，非球形顆粒粒度可用相當的球形的直徑為其粒度。對于遠非球形的顆粒有時也可用其幾何量和流體力學直徑等表示其粒度;實驗室中常用的粒度測定方法(fa)(fa)有篩分分析法(fa)(fa)、顯微鏡法(fa)(fa)、沉降(jiang)分析法(fa)(fa)和(he)比表面法(fa)(fa)。

?3.常用吸附劑的特性及吸附機理

3.1活性炭

?活性(xing)炭是(shi)一種最常見的(de)黑色大表面多孔性(xing)吸附(fu)劑(ji)，其主要成(cheng)分為(wei)無定形(xing)碳，還有少量的(de)氫、氧、氮(dan)、硫及(ji)灰分。作為(wei)優良的(de)吸附(fu)劑(ji)，活性(xing)炭具有以下特點(dian)：

?1)大的比表面，活性(xing)炭(tan)的(de)比表面通(tong)常在每克幾百平方米以上，大的(de)比表面提供了大吸附(fu)能力的(de)條件。

?2)發(fa)達的(de)孔(kong)(kong)(kong)隙結構。按常規工藝制備的(de)活(huo)性炭均有豐富的(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)，由于微(wei)孔(kong)(kong)(kong)的(de)大(da)小與(yu)吸(xi)附(fu)分子(zi)大(da)小近(jin)于同(tong)數量級，故吸(xi)附(fu)分子(zi)受到四周孔(kong)(kong)(kong)壁(bi)的(de)疊加吸(xi)附(fu)作(zuo)用(yong)力(li)，故可有大(da)的(de)吸(xi)附(fu)量，最大(da)吸(xi)附(fu)量與(yu)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)體積相等。

?3)活(huo)性炭具有(you)碳的(de)(de)六角(jiao)形排列(lie)的(de)(de)網狀平面組成的(de)(de)微晶(jing)群和無規則(ze)碳的(de)(de)結構，使其(qi)對吸附分(fen)子有(you)強(qiang)烈的(de)(de)色散力作用。同(tong)時，活(huo)性炭表面的(de)(de)含氧基團和雜(za)原子對某些吸附分(fen)子有(you)極性作用。因(yin)此，活(huo)性炭既可(ke)(ke)吸附非(fei)極性分(fen)子又(you)可(ke)(ke)吸附某些極性分(fen)子。

4)活(huo)性炭(tan)具(ju)(ju)有相(xiang)當好的化(hua)學(xue)穩(wen)定性，耐酸(suan)和堿。具(ju)(ju)有一定的力學(xue)強度、易再(zai)生、生產(chan)成(cheng)本較低等優(you)點。

3.2硅膠(jiao)

?硅(gui)膠是無定(ding)性(xing)結構(gou)(gou)的(de)硅(gui)酸干凝膠，有豐富(fu)的(de)孔結構(gou)(gou)和(he)大的(de)比表面，是常用的(de)極性(xing)吸附劑。

硅膠是典型的極(ji)性(xing)吸附劑(ji)，可(ke)自非極(ji)性(xing)或弱極(ji)性(xing)溶劑(ji)中吸附極(ji)性(xing)物質，主要應(ying)用于氣體(ti)干(gan)燥(zao)、蒸汽回收、有(you)機液(ye)體(ti)脫水、石油精制等，也常用作色譜載(zai)體(ti)、多相催化劑(ji)載(zai)體(ti)。

硅膠(jiao)的化(hua)學(xue)穩定性(xing)好，耐(nai)酸但不耐(nai)堿(jian)。在硅膠(jiao)上一(yi)般都是物理吸附(fu)，化(hua)學(xue)吸附(fu)較少。

?? 3.3沸石分子(zi)篩???

沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)分(fen)子篩(shai)是天(tian)然或人工合成的(de)含堿金屬(shu)和堿土金屬(shu)的(de)氧化(hua)物(wu)的(de)結晶硅(gui)鋁酸(suan)鹽。一般將天(tian)然的(de)分(fen)子篩(shai)稱為沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)分(fen)子篩(shai)，沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)分(fen)子篩(shai)有嚴格的(de)結構和孔隙，孔隙大(da)小因結構差異略(lve)有變化(hua)，從而可(ke)達到(dao)對不同分(fen)子大(da)小物(wu)質的(de)分(fen)離，故而得名，天(tian)然礦物(wu)沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)在常溫下孔隙中充(chong)滿水，加熱(re)時水析出(chu)，沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)氣(qi)泡沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)騰，故而稱為沸(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)。

沸石分(fen)子篩是優良的(de)(de)吸附劑(ji)，主要(yao)表(biao)現(xian)在(zai)對(dui)水等(deng)極性小分(fen)子有強烈(lie)的(de)(de)吸附能力(li)；對(dui)于(yu)臨(lin)界直徑、形狀、極性、不飽(bao)和度等(deng)不同的(de)(de)分(fen)子有選擇性吸附能力(li)。

? 3.4活(huo)性氧(yang)化(hua)鋁

作(zuo)為吸附劑的(de)(de)氧化(hua)鋁，通常稱為活(huo)性(xing)氧化(hua)鋁。活(huo)性(xing)氧化(hua)鋁具(ju)有(you)大的(de)(de)比表面和豐富的(de)(de)孔結構，有(you)較好的(de)(de)熱穩定(ding)性(xing)和一定(ding)的(de)(de)表面酸性(xing)，廣泛(fan)用(yong)于煉油、化(hua)肥、石油化(hua)工等(deng)領域(yu)，作(zuo)為干燥劑、吸附劑、催化(hua)劑或其載體。

活性氧化鋁的表面(mian)性質，如(ru)較(jiao)大比表面(mian)和豐(feng)富(fu)的孔結(jie)構(gou)、較(jiao)大的表面(mian)羥基濃度、表面(mian)的兩性性質、表面(mian)帶電性質，使其對某些物質具有良好(hao)的吸(xi)附能(neng)力。

? 3.5黏土?

?是巖石(shi)經(jing)風(feng)化而(er)形成的具(ju)有(you)一定晶體(ti)結(jie)構(gou)的天然礦物質，黏土(tu)的成分和(he)結(jie)構(gou)都十分復雜(za)，其中(zhong)有(you)些黏土(tu)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的比表面和(he)孔(kong)隙結(jie)構(gou)，可作(zuo)為(wei)天然吸(xi)附劑(ji)和(he)離子交換劑(ji)。

黏(nian)土礦物(wu)按其晶(jing)體結構特點可以(yi)分(fen)為三類：1)有膨脹(zhang)晶(jing)格的(de)層狀礦物。此類(lei)黏土(tu)有較(jiao)豐富的(de)孔隙結(jie)構和較(jiao)大的(de)比表面，有較(jiao)好的(de)吸附和離子交換能力。此類(lei)黏土(tu)的(de)代表是蒙脫土(tu)，也稱斑脫土(tu)或膨潤(run)土(tu)。2)有纖維(wei)狀曾帶晶體(ti)結(jie)構的礦物。此類黏土微(wei)孔較少(shao)，為提高其吸附能力(li)需(xu)進行活化、代表性黏土有海泡石、石棉、凹凸棒(bang)土等(deng)。3)剛性(xing)(xing)(xing)晶格的(de)(de)(de)層(ceng)狀礦物。此類黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)晶層(ceng)間細(xi)小，水和(he)極性(xing)(xing)(xing)分(fen)子不(bu)能進入(ru)，無(wu)(wu)膨脹性(xing)(xing)(xing)，無(wu)(wu)微孔，比表(biao)面小。代表(biao)品種有(you)(you)高(gao)嶺土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)、滑石、葉臘石等。從吸附(fu)(fu)能力大小來說，黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)可分(fen)為(wei)有(you)(you)吸附(fu)(fu)活性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)和(he)無(wu)(wu)吸附(fu)(fu)活性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)兩大類。有(you)(you)吸附(fu)(fu)活性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)又(you)可分(fen)為(wei)天然有(you)(you)吸附(fu)(fu)活性(xing)(xing)(xing)（如漂白土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)）和(he)活化后才有(you)(you)活性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)（如蒙(meng)脫土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)）兩種。高(gao)嶺土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)是無(wu)(wu)吸附(fu)(fu)活性(xing)(xing)(xing)黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)代表(biao)。因此，在眾多黏(nian)(nian)土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)礦物中高(gao)嶺土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)和(he)蒙(meng)脫土(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)最為(wei)重要。