[科普中國]-吸著劑

吸著劑對氣體或液體具有吸附和吸收作用的多孔性固體物質(zhì)。具有表面化學(xué)特性，能與被吸著物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以彌補(bǔ)某些物理吸附的不足。常見的吸著劑有浸漬活性炭和具有特殊表面官能團(tuán)的活性炭，既能使吸著劑與毒劑蒸氣有較大的接觸面積，又不影響活性炭的物理吸附性能。1

吸著劑的物理形式固體吸著劑可分為粒狀和非粒狀(粉狀)。

1、粒狀固體

在大多數(shù)使用固體吸著劑的方法中使用堿性化合物和金屬氧化物。常用的有鈉鹽，錳、鐵、鋅及銅等有關(guān)金屬。美國礦務(wù)局的“堿化氧化鋁”方法中所用的鋁酸鈉就是一種粒狀固體吸著劑。

2、粉狀固體

首先采用粉狀固體能避免磨耗與壓力降問題。這就需要一套夾帶式接觸器系統(tǒng)和高效率的收塵設(shè)備來回收吸著劑。因此，在燃煤工廠中要安裝兩套靜電除塵器，一套用來除去飛揚(yáng)的灰塵，而另一套用來收集已使用過的吸著劑。多次循環(huán)之后，活性降低，需大量費(fèi)用以補(bǔ)充新料。2

普通吸著劑活性炭用于較大規(guī)模的最早的吸著劑之一是活性碳。當(dāng)一種含碳物質(zhì)，例如骨頭、煤、椰子殼或木頭在溫度低于約870K進(jìn)行碳化時，所得的碳可能是活性的，或者是可能被活化的，故適于用作吸著劑?；罨^程基本上是吸著劑上剩余烴類的選擇氧化過程，采用水蒸汽，空氣或某種別的氧化劑進(jìn)行氧化?；钚蕴嫉男再|(zhì)與碳原料及活化時的確切條件有關(guān)?；钚蕴伎梢杂糜诨厥杖軇┱魵?，凈化水，糖溶液的脫色以及許多類似的用途。這種活性碳通常聲稱約有106m2/kg的內(nèi)面積。

硅膠另一種普通的吸著劑是硅膠。這是一種粒狀的、無定形的二氧化硅，它由硅酸鈉水溶液酸化后所得的凝膠加熱至約630K而制得。這種硬的、玻璃狀物料是高度多孔的；它用于干燥液體及氣體，也可用于回收烴類。有幾種不同的商品硅膠其中有幾種與液體水接觸時有較好的耐受性，水能使某些硅膠粉碎(由于快速釋放出吸附熱的緣故)。硅膠通常具有超過3．5×105m2/kg的內(nèi)表面。

活性氧化鋁一種具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，因此能在移動床中普遍應(yīng)用的吸著劑是活性氧化鋁。將某一種氧化鋁水合物，通常為沉淀的混合物(含有單水合物及三水合物)，以嚴(yán)格控制的速率加熱至約670K而制得。氧化鋁水合物的脫水作用導(dǎo)致形成約2．5 X 105m2/kg的內(nèi)表面。內(nèi)表面形成的機(jī)理已有許多人進(jìn)行了研究。內(nèi)表面的形成似乎是由于水合物中的水分予被驅(qū)趕至周圍大氣時，固體結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果。3

吸著劑的選擇對于給定的分離選擇適宜吸著劑是一個復(fù)雜的問題。吸著劑選擇的主要科學(xué)基礎(chǔ)是平衡等溫線。還必須考慮所有組分在氣體混合物中、在操作壓力和溫度范圍內(nèi)的平衡等溫線。根據(jù)等溫線，下述幾個對于分離過程設(shè)計(jì)非常重要的因子就可以估算出來；

1、在操作溫度和壓力范圍內(nèi)吸著劑的容量。

2、吸著劑的再生方法。例如，變溫或變壓和所需變化擺動的幅度。

3、不能利用（未加利用）床層的高度(LUB)。

4、產(chǎn)物純度。

LUB約等于濃度波陣面或使質(zhì)帶跨距的一半。LUB主要是由平衡等溫線來確定的，尖削的濃度鋒面或矮的LUB是所希望的，因?yàn)檫@樣可得到高的產(chǎn)率以及高的產(chǎn)品純度。4

吸著劑的再生吸著劑的再生有四種方法，所有這些方法用到的措施都是降低平衡吸附量，這個再生既可以通過降低被吸附物的分壓來實(shí)現(xiàn)又可以通過提高溫度來實(shí)現(xiàn)。

1、變熱法(或變溫法)是用預(yù)熱氣體吹掃床層最有效的實(shí)施方法。許多氣體都可被使用，其中包括吸附器的進(jìn)料混合氣，從吸附階段來的一部分輕組分(抽余物)產(chǎn)品，空氣，水蒸汽，等等。當(dāng)用的氣體不是吸附器的進(jìn)料混合氣時，脫附的推動力通過分壓的同向下降而被增強(qiáng)。

2、變壓法是在實(shí)際上恒定的溫度下降低吸附器的總壓來實(shí)現(xiàn)的。

3、惰性吹掃汽提法是在不改變溫度和壓力的情況下除去被吸附物。因再生的完成，使床內(nèi)的空隙充滿了惰性氣體。除非抽余物作為惰性吹掃氣體，否則在下一個吸附階段抽余物產(chǎn)品會被惰性氣體污染。

4、置換氣吹掃法不同于惰性氣吹掃法，即把與被吸附氣一樣強(qiáng)的氣體或蒸汽用作吹掃氣。再生由于被吸附氣分壓的降低和置換介質(zhì)的競爭吸附而變得更為方便。4

工業(yè)上吸著劑應(yīng)具有的性能為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用。吸著劑應(yīng)具有：

(1)高選擇性，能實(shí)現(xiàn)清晰分離；

(2)高的吸著能力，能使所需的吸著劑量最少；

(3)優(yōu)良的動力學(xué)和傳遞性質(zhì)，能快速吸著；

(4)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，包括在接觸的流體中極低的溶解度，能保持吸著劑的數(shù)量和性質(zhì)；

(5)硬度和機(jī)械強(qiáng)度，能防止破碎和磨損；

(6)自由流動的傾向，能方便容器的充填和出空；

(7)高的抗污染能力，能獲得長的應(yīng)用壽命；

(8)無促進(jìn)不希望的化學(xué)反應(yīng)的傾向；

(9)再生能力，尤其當(dāng)工業(yè)原料中含有微量的高分子組分，而這些組分被強(qiáng)力吸著而難以脫吸時；

(10)相對低的價格。5

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

蒲富永 - 教授 - 西南大學(xué)