本講主要內(nèi)容吸附的基本理論吸附工藝吸附法在環(huán)保中應(yīng)用概述吸附的定義、分類、常用吸附劑和制法、吸附劑的性能要求吸附熱力學(xué)、吸附動力學(xué)、吸附作用力、影響吸附的因素、吸附劑的再生間歇吸附、固定床吸附、連續(xù)式吸附、脫附設(shè)備活性炭吸附在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用、樹脂吸附在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用、其它吸附劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

吸附分離是一門古老的技術(shù)吸附分離技術(shù)的關(guān)鍵：開拓更好的吸附劑創(chuàng)造能耗更低的吸附分離技術(shù)一.概述

20世紀(jì)70年代以來，吸附分離技術(shù)作為一種低能耗的固相萃取分離技術(shù)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。它是利用具有較強(qiáng)吸附能力的多孔性固體吸附劑，選擇性的將一種或一類物質(zhì)吸附在固體表面，從而實(shí)現(xiàn)流體混合物中不同組分的分離。吸附過程實(shí)質(zhì)上是通過相界面上的吸附作用以達(dá)到一種或數(shù)種組分在固相吸附劑上的富集濃縮。

1.1吸附的定義吸附是一種表面現(xiàn)象，是指固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，當(dāng)某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這些不平衡力的吸引而停留在固體表面上，被吸附分子在吸附劑表面濃度高于溶液本體相中濃度。具有一定吸附能力的固體材料稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。溶劑/水吸附質(zhì)相互作用相互作用相互作用(如溶解)吸附劑對于固－液吸附，引起吸附的主要原因是溶質(zhì)對水的疏水作用和吸附劑對溶質(zhì)的親合力。吸附與離子交換：離子交換是由離子交換劑功能基上正負(fù)離子之間的庫侖引力及離子鍵之間的作用力引起的；而吸附是由決定分子偶極矩所造成的范德華力，是依靠吸附劑的活性尖端，要求有很大的表面積。離子交換是交換劑上功能基所起的作用，交換量隨功能基的多少而改變，一般不隨溶液里被交換離子的濃度而改變；而吸附作用除了吸附劑表面活性以外，還與溶液里吸附質(zhì)的濃度有關(guān)，在濃度高時(shí)，可發(fā)生多層吸附，所以濃度越大，吸附量也越大。1.2吸附的分類物理吸附（范德華引力、偶極-偶極作用、氫鍵）化學(xué)吸附（通過形成化學(xué)鍵的吸附離子鍵、配位鍵（螯合樹脂）、易裂解的共價(jià)鍵(高分子催化劑)）親和吸附（對目標(biāo)物呈現(xiàn)專一性或高選擇性。這種吸附專一性或分子識別性能，來源于氫鍵、范德華引力、偶極-偶極作用等多種鍵力的空間協(xié)同作用）吸附性能吸附類型物理吸附化學(xué)吸附作用力選擇性吸附層吸附熱吸附速度穩(wěn)定性溫度的影響分子引力一般沒選擇多層吸附較小，一般在41.9kJ/mol以內(nèi)快不穩(wěn)定，易解吸溫度升高，吸附量降低化學(xué)鍵有選擇單層吸附較大，一般在83.7～418.7KJ/mol以內(nèi)較慢較穩(wěn)定，不易解吸溫度升高，吸附速度增加物理吸附和化學(xué)吸附之間的區(qū)分并沒有嚴(yán)格的界限。在實(shí)際的吸附過程中，上述幾類吸附往往同時(shí)存在。物理吸附和化學(xué)吸附在一定條件下也是可以互相轉(zhuǎn)化的。同一物質(zhì)，可能在較低溫度下進(jìn)行物理吸附，而在較高溫度下往往又是化學(xué)吸附。1.3常用吸附劑吸附分離材料按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類無機(jī)吸附劑高分子吸附劑炭質(zhì)吸附劑按吸附機(jī)理分類化學(xué)吸附物理吸附親和吸附離子交換劑螯合劑可再生高分子試劑和催化劑陽離子交換劑陰離子交換劑兩性離子交換劑按形態(tài)和孔結(jié)構(gòu)分類球型樹脂（大孔、凝膠、大網(wǎng)）離子交換纖維與吸附性纖維無定型顆粒吸附劑免疫吸附劑仿生吸附劑非極性吸附劑中極性吸附劑極性吸附劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類炭質(zhì)吸附劑

無機(jī)吸附劑

有機(jī)吸附劑

碳化樹脂

碳纖維

活性炭

合成無機(jī)吸附劑

天然改性無機(jī)吸附劑

天然無機(jī)吸附劑

天然有機(jī)吸附劑

天然改性有機(jī)吸附劑

有機(jī)合成吸附劑

具有一定晶體結(jié)構(gòu)的無機(jī)化合物，最典型的天然無機(jī)吸附劑為沸石類（Zeolite),包括方沸石、菱沸石、絲光沸石、交沸石、鈉沸石等。其它天然的硅鋁酸鹽如蒙脫土、綠砂以及長石類礦物（正長石、鈉長石、灰長石、鈣長石）也可作為無機(jī)吸附劑使用。人工合成的無機(jī)吸附劑有合成沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠、磷酸鋯等。1、無機(jī)吸附劑

將鈉、鉀、長石、高嶺土等混合物熔融，可制得具有天然沸石行為的熔融型沸石。硫酸鋁、硅酸鈉與堿反應(yīng)生成的沉淀，經(jīng)適當(dāng)干燥可得到凝膠型沸石。鋁、硅的堿溶液在較高的溫度下進(jìn)行結(jié)晶，生成具有規(guī)則構(gòu)造的分子篩，其微孔結(jié)構(gòu)和孔尺寸均一，通常用作高選擇性吸附劑和催化劑載體。其中分子篩與磷酸鋯類無機(jī)吸附劑仍是當(dāng)今吸附催化材料的研究熱點(diǎn)。常用分子篩孔徑及組成沸石類型主要陽離子孔徑/nmSiO2/Al2O3(摩爾比)典型化學(xué)組成3A4A5A10X13XKNaCaCaNa0.3～0.330.42～0.470.49～0.560.8～0.990.9～12222.3～3.33.3～5K2O?Na2O?AlO3?SiO2?4.5H2ONa2O?AlO3?2SiO2?4.5H2O0.7CaO?0.3Na2O?Al2O3?2SiO2?4.5H2O0.8CaO?0.3Na2O?Al2O3?2.5SiO2?6H2ONa2O?Al2O3?5SiO2?6H2O沸石分子篩的特點(diǎn)是它有相當(dāng)均勻的孔徑，如0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.9nm、1nm細(xì)孔，從而把分子直徑大小不同的混合物分離開來，高選擇性(1)合成沸石（分子篩）沸石的合成目前分子篩的制造主要采用水熱合成法，其次是堿處理法。合成A型分子篩最常用的配比為：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=3:1:2:185；X型分子篩的化學(xué)組成具有下列通式：Na2O·Al2O3·.2SiO2·6H2O；Y型分子篩的化學(xué)組成通式為：Na2O·Al2O3·(3~6)SiO2·(約9)H2O。(2)硅膠硅膠是一種較理想的干燥吸附劑，能吸附50%（質(zhì)量）的水分，放出大量吸附熱。硅膠的再生溫度為150℃左右。硅膠難于吸附非極性物質(zhì)的蒸汽（如正構(gòu)或異構(gòu)烷烴等）易于吸附極性物質(zhì)（如水、甲醇等）。另外，硅膠也常用作特殊吸附劑或催化劑載體。硅膠有天然的，也有人工合成的。天然的多孔SiO2通常稱為硅藻土，人工合成的稱為硅膠，用水玻璃制取。沉淀法制造硅膠的工藝流程示意圖目前制取硅膠的工藝，以水玻璃為原料，與無機(jī)酸(H2SO4、HCl或HNO3)作用，中和沉淀出H2SiO3,經(jīng)老化縮水、成型、洗滌、干燥、焙燒后，即可制得各種成品(3)活性氧化鋁活性氧化鋁：活性氧化鋁對水有較強(qiáng)的親合力，因此工業(yè)上常將其用作氣（液）體的干燥劑。而它的再生溫度又比分子篩低得多?？捎没钚匝趸X干燥的部分工業(yè)氣體包括：Ar、He、H2、氟利昂、氟氯烷等。另外，活性氧化鋁還可用作催化劑載體?；钚匝趸XAl(OH)3由三水合鋁或三水鋁礦加熱脫水制成。根據(jù)制造工藝不同，氧化鋁分為低溫氧化鋁和高溫氧化鋁。前者的活化溫度低于600℃，其不同形態(tài)的氧化化鋁包括ρ、χ、η和γ型氧化鋁；后者的活化溫度為900-1000℃，其中包括кθ和δ氧化鋁。一般在工業(yè)上所用的氧化鋁多用拜耳法制成，2、炭質(zhì)吸附劑

炭質(zhì)吸附劑包括活性炭、活性炭纖維以及炭化樹脂。其中活性炭為微晶類碳系，微晶尺寸1-3nm。活性炭的整體外觀為無定形顆粒?；钚蕴渴且环N非極性吸附劑，是由含碳為主的物質(zhì)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。其外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種?；钚蕴恐饕煞殖家酝猓€有少量的氧、氫、硫等元素，以及含有水分、灰分。它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎?；钚蕴坷w維(ACF)是另一類強(qiáng)度較好的炭質(zhì)材料，是繼粉末活性炭(PAC)和顆?；钚蕴?GAC)之后的第三代活性炭產(chǎn)品，其前驅(qū)體是炭纖維，是由有機(jī)纖維通過適當(dāng)?shù)奶炕?、活化工藝制備而成的。炭化樹脂采用球狀高分子樹脂炭化可以制得，吸附性能與活性炭類似，但強(qiáng)度與耐磨性大為提高。以適應(yīng)連續(xù)式工藝和自動化工藝對活性炭強(qiáng)度的要求。炭化樹脂與活性炭纖維的缺點(diǎn)是成本較高，只能用于高附加值產(chǎn)業(yè)。(1)活性炭與其它吸附劑相比，活性炭具有巨大的比表面積，通?？蛇_(dá)500-1700m2/g，因而形成強(qiáng)大的吸附能力。微孔的容積約為0.15-0.9mL/g，比表面積占活性炭總比表面積的95%以上。過渡孔的容積通常為0.02-0.1mL/g，比表面積一般不超過總比表面積的5%；大孔的容積為0.2-0.5mL/g。在氣相吸附中，吸附容量在很大程度上決定于微孔，而在液相吸附中，過渡孔則起主要作用?；钚蕴康闹苽湓咸幚硖炕罨Y選除去雜質(zhì)、加入粘結(jié)劑成型、經(jīng)干燥或氧化煤結(jié)成初始原料在缺乏空氣、400-500℃下炭化，除去大部分揮發(fā)物并燒結(jié)以得到有足夠強(qiáng)度的中間產(chǎn)品。在800-1000℃下采用水蒸氣或CO2等使碳化后的物質(zhì)部分氧化，以產(chǎn)生更大的孔隙率和表面積。再經(jīng)過篩分，包裝后即為成品。(2)炭化樹脂由C、H等元素組成的聚合物，經(jīng)過直接或間接熱處理得到的碳質(zhì)吸附劑。其制備方法與炭、椰殼炭、煤炭等各種碳素材料的制備方法基本相同，即經(jīng)過炭化和活化制得。(3)活性炭纖維(ACF)根據(jù)生產(chǎn)中前驅(qū)體的不同，目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的活性炭纖維產(chǎn)品主要分為粘膠基ACF、酚醛基ACF、聚丙稀腈基ACF(PAN-ACF)、瀝青基ACF(pitch-ACF)等。

ACF有豐富的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，有多種形式的制成品，與粉末狀和顆粒狀吸附材料相比，吸附和脫附速率更快；另外，ACF在震動下不產(chǎn)生裝填松動和過分密實(shí)的現(xiàn)象，克服了在操作過程中形成溝槽和沉降的問題。1）與傳統(tǒng)的活性炭相比，ACF的細(xì)孔結(jié)構(gòu)不同，其微孔結(jié)構(gòu)豐富且孔徑分布集中(1-2nm)，微孔體積占總孔體積的90%左右，沒有過渡孔和大孔，而活性炭的孔徑分布范圍廣，從微孔到大孔都有；ACF的比表面積較大，一般都在1000m2/g以上，甚至可達(dá)3000m2/g，從而具有更大的吸附容量；ACF的特點(diǎn)：2）與傳統(tǒng)的活性炭相比，ACF的納米微孔直接開口于纖維表面，有效吸附孔的數(shù)目多，吸附質(zhì)分子很容易達(dá)到微孔的活性中心上，因此ACF吸附行程短，吸附和再生的速度快，可在較溫和條件下再生，而活性炭的細(xì)孔由大孔（控制擴(kuò)散速率）、中孔和微孔組成，吸附質(zhì)擴(kuò)散路徑長、時(shí)間長，速率慢，因而ACF具有比活性炭大的吸附動力系數(shù)，吸附速率較活性炭高2-3個(gè)數(shù)量級，再生容易且再生效率高，使用壽命長，是一種新型高效吸附劑。3）ACF的化學(xué)組成與活性炭有差別，不同原料或相同原料但不同方法制得的ACF，其表面有不同的官能團(tuán)，如胺基、亞胺基及磺酸基等，對某些吸附質(zhì)具有特殊的吸附能力和氧化還原及催化特性。因?yàn)锳CF具有電性能，可利用ACF的導(dǎo)電性，將其作為電極，通過電殺菌作用解決細(xì)菌繁殖問題。其制備工藝分為不熔化預(yù)處理、炭化、活化3個(gè)階段。影響炭材料吸附的主要因素是孔隙結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)。吸附質(zhì)分子尺寸與ACF細(xì)孔直徑的關(guān)系決定著對吸附質(zhì)的吸附效果。ACF在水處理應(yīng)用中存在的主要問題是：因其細(xì)孔直徑多集中在微孔段，對水中的大分子物質(zhì)的吸附量很小。如ACF對小分子苯酚的吸附效果較好，但大分子腐殖質(zhì)幾乎沒有吸附效果。鑒于此，可采用改性的中孔ACF或?qū)CF與其他工藝組合。ACF的問題：3、吸附樹脂（高分子吸附劑）

macroreticularresin;

macroporousadsorbent;polymericadsorbent吸附樹脂就是樹脂吸附劑，是利用樹脂能發(fā)生吸附－解吸作用，以達(dá)到物質(zhì)的分離、凈化目的的一類可以反復(fù)使用的樹脂。

吸附樹脂和離子交換樹脂都是具有多孔性海綿狀立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的小顆粒，在整個(gè)顆粒內(nèi)部及外部都具有表面活性，不溶于一般的酸、堿和溶劑，為不溶不熔的熱固性物質(zhì)，可在150℃以下使用，它們都能與外界物質(zhì)進(jìn)行可逆的吸附－解吸或離子交換而達(dá)到化學(xué)平衡。吸附樹脂一般不含有能簡單地按化學(xué)計(jì)量精確計(jì)算的化學(xué)功能基團(tuán)，而主要的是以范德華力為基礎(chǔ)的分子間吸附，在吸附性能上與活性炭相似，大都可以定量地解吸，重復(fù)使用，比活性炭容易再生。吸附樹脂與離子交換樹脂：132CHA-111樹脂的外表面MCH-111樹脂的外表面ND-900樹脂的外表面（1）吸附樹脂的分類電荷均勻分布，不帶任何功能基含有酯基一類的極性基團(tuán)具有酰胺、亞砜、腈等基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基有極性最強(qiáng)的極性基團(tuán)，如吡啶基、氨基等（2）樹脂吸附劑的發(fā)展歷程

樹脂

凝膠型離子交換樹脂

大孔型離子交換樹脂

大孔吸附樹脂

超高交聯(lián)大孔吸附樹脂

復(fù)合功能大孔吸附樹脂1962年，美國Rohm&Haas公司率先生產(chǎn)了以苯乙烯和二乙烯苯為母體大孔共聚物的六種Amberlyst大孔離子交換樹脂；1963年，又開發(fā)系列AmberliteMR型陰離子交換樹脂；1966年，首次正式開始了以交聯(lián)聚苯乙烯和聚丙烯酸酯為基礎(chǔ)的AmberliteXAD系列大孔吸附樹脂，至此經(jīng)久不衰；60年代末，日本三菱化成公司也開發(fā)生產(chǎn)了DiaionHP系列大孔吸附樹脂；我國自1974年開始研究，國內(nèi)目前品牌很多。(3)一些代表性的吸附樹脂

—CONH-牌號生產(chǎn)廠結(jié)構(gòu)比表面積/(m2/g)孔徑/nm非極性AmberliteXAD-2AmberliteXAD-3AmberliteXAD-4NDA-16NDA-150Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）南京大學(xué)南京大學(xué)PSPSPSPSPS33052675085010004.04.45.05.05.0中極性AmberliteXAD-6AmberliteXAD-7AmberliteXAD-8NDA-99Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）南京大學(xué)-COOR--COOR--COOR-4984501407506.38.025.010極性AmberliteXAD-9AmberliteXAD-10ADS-15Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）南開大學(xué)250698.035.2強(qiáng)極性AmberliteXAD-11AmberliteXAD-12ADS-7Rohm&hass（美）Rohm&hass（美）南開大學(xué)氧化氮類氧化氮類NRn1702520021.0130.0（4）樹脂吸附劑的特點(diǎn)適用范圍寬，廢水中有機(jī)物濃度從幾個(gè)到幾萬mg/L、從極性有機(jī)物到非極性有機(jī)物均可用此法進(jìn)行處理；吸附效率高，脫附再生容易；樹脂性能穩(wěn)定，使用壽命長，每年材料損耗大約為5%；工藝簡單、操作簡便，設(shè)備占地面積小，不需高溫高壓；固液容易分離，在水體中不會引入新的污染物；對三廢的適應(yīng)性強(qiáng)，吸附材料耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐氧化，對微生物污染和放射性也有一定的耐受能力；在治理廢水的同時(shí)，富集回收了廢水中的有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化。（5）吸附樹脂合成凝膠樹脂如果不能充分溶脹，或吸附質(zhì)的分子量較大，此時(shí)作為吸附分離材料不再適用。大孔樹脂就是為了解決凝膠型材料所遇到的問題而發(fā)展起來的。吸附樹脂的制備基本上也就是大孔型離子交換樹脂制備的第一步，即共聚合階段。不過在吸附樹脂的制備中更著重于樹脂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因它直接決定著應(yīng)用上的特點(diǎn)，而在離子交換樹脂的制備中，每步反應(yīng)都影響結(jié)構(gòu)，原有樹脂結(jié)構(gòu)只是基礎(chǔ)而已。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指吸附樹脂的骨架組成及空間排列（孔結(jié)構(gòu)）兩個(gè)方面。骨架主要取決于單體和交聯(lián)劑，其中交聯(lián)度是大孔型樹脂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。它和致孔劑及聚合處理?xiàng)l件決定了樹脂的空間結(jié)構(gòu)，是吸附樹脂性能的基礎(chǔ)。成孔技術(shù)主要研究孔的形成及孔徑大小、孔分布、孔隙率、孔形態(tài)的控制。研究較多并被廣泛采用惰性溶劑致孔、線性聚合物致孔、后交聯(lián)成孔三個(gè)方面。A、大孔吸附樹脂合成(懸浮聚合)單體致孔劑引發(fā)劑水分散劑油相水相45℃混合，攪拌80℃保溫2h90℃保溫4h升溫至95℃水洗有機(jī)溶劑抽提篩分，得到產(chǎn)品B、超高交聯(lián)吸附樹脂(后交聯(lián)法)自交聯(lián)法Friedel-Crafts反應(yīng)雙功能或多功能交聯(lián)劑后交聯(lián)法常用的后交聯(lián)劑有：氯甲醚、對苯二甲酰氯、1,4-二甲基-2,5-二氯甲基苯，二氯化對苯二甲撐等；常用的催化劑一般是ZnCl2、SnCl4和AlCl3等；常用的溶劑或溶漲劑有二氯甲烷、四氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯、硝基甲烷、硝基乙烷和硝基苯等。1.4吸附劑的性能要求大的比表面積和合適的孔徑較高的強(qiáng)度和耐磨性顆粒大小均勻具有一定的吸附分離能力具有一定的商業(yè)規(guī)模及合理的價(jià)格

吸附劑性能測試密度孔徑及分布比表面積吸附量靜態(tài)吸附量是指當(dāng)吸附劑與溶液達(dá)到充分平衡后，單位吸附劑吸附吸附質(zhì)的數(shù)量。靜吸附量的測定方法有定容法、定壓法和真空重量法。動態(tài)吸附量是指當(dāng)兩元或兩元以上混合溶液通過吸附劑床層時(shí)，吸附質(zhì)在吸附床出口端達(dá)到脫除精度時(shí)，吸附床內(nèi)吸附劑吸附吸附質(zhì)量的平均值?；拘阅苤笜?biāo)：極性（XAD4<XAD2<XAD8<XAD7<XAD11）耐熱性、耐堿穩(wěn)定性、耐氧化性、耐擦洗性、使用壽命等二、吸附的基本理論2.1吸附等溫線吸附等溫線是描述吸附平衡行為的基本工具，可用于比較吸附劑的基本吸附性能。由于吸附機(jī)理在很大程度上決定了吸附等溫線的形狀，因而對吸附等溫線分類有助于診斷吸附過程。

在固體對氣體的吸附中，吸附量是溫度和壓力的函數(shù)；在固體對液體的吸附中則為溫度和溶液中吸附質(zhì)濃度的函數(shù)。固定溫度下，吸附量與濃度的關(guān)系為等溫吸附，通常用吸附等溫線來描述所研究體系達(dá)到平衡時(shí)吸附量與溶液中吸附質(zhì)濃度的關(guān)系。單分子層吸附，飽和時(shí)吸附量趨于定值?？捎肔angmiur方程描述。BET型多分子層吸附，吸附的極限值對應(yīng)于物質(zhì)的溶解度。

反映了毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象和孔容的限制，由于在達(dá)到飽和濃度之前就達(dá)到平衡，因而有滯后效應(yīng)。相當(dāng)少見，特征是吸附熱等于或小于純吸附質(zhì)的溶解熱。常見的五種吸附等溫線濃度增大曲線往上斜，如IV，表示吸附由單分子層開始向多分子層進(jìn)行。

曲線的形狀反映吸附的難易，低濃度下曲線向下彎，如I、II、IV的初始表示分子容易被吸附；如不易被吸附則向上彎，如III、V。

Langmuir假設(shè)吸附劑表面均一，各處的吸附能相同，吸附是單分子層的；達(dá)動態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，吸附和脫附速度相等。I.Langmuir吸附等溫方程qm為單層飽和吸附量；kL代表吸附能力的強(qiáng)弱Freundlich等溫式為經(jīng)驗(yàn)式，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頗為吻合。K表征吸附劑的吸附能力，n反映了吸附反應(yīng)強(qiáng)度。一般認(rèn)為，n介于2~10，易于吸附;n>1時(shí)，為優(yōu)惠吸附；n<0.5時(shí)則難以吸附。II.Freundlich吸附等溫方程B.E.T模型假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，即發(fā)生多分子層吸附，而且不一定等第一層吸滿后再吸附第二層，對每一單層都可用Langmuir式描述。

作圖時(shí)須知道飽和濃度cs的值，當(dāng)cs的值未知時(shí)，則需通過假設(shè)不同的cs值作圖數(shù)次才能得直線III.BET吸附等溫方程IV.其它吸附模型2.2吸附的熱力學(xué)參數(shù)樹脂吸附有機(jī)物的熵變△S（Entropy）、自由能變△G(Freeenergy)可作為吸附的推動力來說明吸附是否自動發(fā)生。若△G吸附

=△G（溶質(zhì)-樹脂）-△G（溶質(zhì)-溶劑）

<0，吸附能夠自發(fā)進(jìn)行。吸附熱△H(Enthalpy)的大小直接反應(yīng)了吸附劑與吸附質(zhì)分子之間的作用力的性質(zhì)。

在化學(xué)中，可以把熵看作體系的混亂度，任何作用的進(jìn)行都要求混亂度的增加。有機(jī)物不完全溶解于水，在水中可以說是熵的減少，在遇到吸附樹脂時(shí)，由于樹脂對有機(jī)物分子結(jié)合力較大，有機(jī)分子就沖破水分子的包圍，體系的混亂性增大，也就是熵增加。吸附作用能自動進(jìn)行，而熵的增加成為吸附進(jìn)行的推動力。當(dāng)有機(jī)物分子量增大，在水中溶解度減小時(shí)，熵的增加就越大，也就越容易被樹脂吸附。如果有機(jī)物完全溶解于水里，遇到吸附樹脂時(shí)也沒有熵的增加，吸附就不能進(jìn)行。1.熵增加（△S>0）對吸附推動力的解釋

如果樹脂上原來吸附了有機(jī)物質(zhì)，在遇到能完全溶解這種有機(jī)分子的溶劑時(shí)，吸附質(zhì)也要跑到溶劑里，從而發(fā)生解吸（脫附），所以，一般要用能完全溶解吸附質(zhì)的有機(jī)溶劑來解吸，也就是所謂改變親水－憎水平衡而解吸，顯然，解吸也是熵的增加。

吸附樹脂由溶劑里吸附溶質(zhì)，實(shí)際上是吸附質(zhì)與吸附樹脂及溶劑間作用力平衡的結(jié)果，要求吸附質(zhì)與樹脂的作用力大于與溶劑的作用力，這可用溶質(zhì)分子由溶液跑到樹脂表面產(chǎn)生的自由能減少(-△G)來衡量，故當(dāng)△G吸附=△G（溶質(zhì)-樹脂）-△G（溶質(zhì)-溶劑）<0，吸附能夠自發(fā)進(jìn)行。顯然，溶質(zhì)在水中溶解度越小，△G（溶質(zhì)-溶劑）的降低也越小，△G吸附就越大，越有利于吸附。酸堿、鹽的存在會減少有機(jī)物在水里的溶解度，故對吸附有利。2.自由能降低△G<

0對吸附推動力的解釋2.3吸附作用力氫鍵力是一種介于庫侖力與范德華力之間的特殊定向力，比誘導(dǎo)力、色散力都大。兩種物質(zhì)之間如果能產(chǎn)生氫鍵，就能很好吸附，所以在樹脂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量創(chuàng)造氫鍵力產(chǎn)生的條件，選擇使用能產(chǎn)生氫鍵的體系，即樹脂功能基與吸附質(zhì)之間氫鍵力越大，對吸附越有利。1.氫鍵力帶極性功能基分子之間的吸引力，也就是通常所說的范德華力。分子極性越大，作用力也越大。2.定向力3.誘導(dǎo)力極性分子和非極性分子之間的引力屬于誘導(dǎo)力。極性分子產(chǎn)生的電場作用結(jié)果使非極性分子極化產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩，然后兩者之間互相吸引，引起吸附。當(dāng)偶極矩大，極化率大，兩者距離小及分子體積小時(shí)誘導(dǎo)力增強(qiáng)。非極性分子之間的引力屬于色散力。當(dāng)分子由外圍電子運(yùn)動及原子核在零點(diǎn)附近振動，正負(fù)電中心出現(xiàn)瞬時(shí)相對位置變化時(shí)，就產(chǎn)生快速變化的瞬時(shí)偶極矩，反過來，被極化的分子又影響瞬時(shí)偶極矩的變化，這樣產(chǎn)生的吸引力叫色散力。4.色散力分子間引力是吸附作用的根本因素，深入了解對探索吸附樹脂的應(yīng)用、樹脂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及操作條件的選擇都有很大意義。2.4吸附動力學(xué)第一階段是吸附質(zhì)通過吸附劑顆粒周圍的液膜到顆粒的表面，稱為外部傳遞過程或外擴(kuò)散（膜擴(kuò)散）。第二階段是從吸附劑顆粒表面?zhèn)飨蝾w?？紫秲?nèi)部，稱為孔內(nèi)部傳遞過程或內(nèi)擴(kuò)散。第三階段為溶質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上發(fā)生吸附。1.吸附傳質(zhì)過程的三個(gè)階段2.吸附速度擴(kuò)散控制控制方式膜擴(kuò)散控制粒內(nèi)擴(kuò)散控制吸附飽和程度F(t)與時(shí)間t的關(guān)系吸附飽和程度為50％時(shí)所需時(shí)間t1/2通常吸附階段反應(yīng)速度非?？欤偟倪^程速度由第一、二階段速度所控制，在一般情況下，吸附過程開始時(shí)往往由膜擴(kuò)散控制，而在吸附接近終了時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。2.5影響吸附的因素樹脂的性質(zhì)吸附質(zhì)的性質(zhì)：吸附操作條件：（2）比表面積、孔結(jié)構(gòu)（3）表面化學(xué)性質(zhì)溶解度、極性等溫度、pH、流速等溶劑/水吸附質(zhì)相互作用相互作用相互作用(如溶解)吸附劑（1）樹脂骨架結(jié)構(gòu)

一般樹脂骨架多屬聚苯乙烯型，少數(shù)是聚丙烯酸型及酚醛縮聚物。

聚苯乙烯型最適用于分子體積較大、非極性或微極性物質(zhì)的吸附分離、提純凈化；

聚丙烯酸類吸附樹脂，一般是帶酯基或酰胺基，屬微極性，最適用于微極性物質(zhì)的分離提純，在生化分離上，具有較好的相容性；

酚醛縮聚類樹脂耐熱、酸、堿穩(wěn)定性都差，現(xiàn)在多半用于脫色領(lǐng)域。

1、樹脂的骨架結(jié)構(gòu)對吸附性能的影響（一）吸附劑（樹脂）性質(zhì)對吸附性能的影響

決定樹脂骨架結(jié)構(gòu)的因素主要有主鏈結(jié)構(gòu)、交聯(lián)劑及功能基。

交聯(lián)劑對樹脂性能影響的關(guān)鍵在于控制孔徑、比表面和孔容等。

鏈節(jié)單元所帶功能基的差別決定了樹脂的極性，是樹脂分類的依據(jù)，在吸附中起重要作用。如，在聚苯乙烯型樹脂中引入硝基可以提高吸附能力，對水中的苯酚、芐醇、甲苯等的吸附都有顯著提高，對于1000mg/L酚水，吸附量可由15g/L提高到62g/L。再如，在苯乙烯的苯環(huán)上引入鹵素(Cl，Br)、氯甲基(-CH2Cl)對于水中油類的吸附能力更強(qiáng)。溶質(zhì)的吸附大多數(shù)發(fā)生在樹脂吸附劑的內(nèi)表面上，吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發(fā)達(dá)，其比表面積越大。因此在保證良好擴(kuò)散的條件下，吸附樹脂的內(nèi)表面越大，吸附量越高，特別對分子較小的吸附質(zhì)更為顯著。不同樹脂對苯酚的吸附實(shí)驗(yàn)研究證明，比表面積的重要性超過分子極性，吸附量與比表面積幾乎成直線關(guān)系，而且斜率很大。與小分子相反，分子很大的化學(xué)纖維的吸附則隨比表面的增大而減小，主要是由于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散困難引起的，比表面與孔徑成反比。2、樹脂的空間結(jié)構(gòu)對吸附性能的影響(1).樹脂的比表面積對吸附性能的影響(2).樹脂的孔結(jié)構(gòu)對吸附性能的影響無論是液體或氣體中的分子與固體表面的吸附，過程的第一步都是吸附質(zhì)從溶液或氣相通過擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部，進(jìn)而發(fā)生碰撞引起吸附，因此，吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大，其直接影響擴(kuò)散速度?？讖绞俏劫|(zhì)擴(kuò)散的途徑，是進(jìn)行吸附的基本條件，只有當(dāng)樹脂具有合適的孔徑可確保吸附質(zhì)具有良好擴(kuò)散的通道，才能對溶質(zhì)進(jìn)行有效吸附。凝膠型樹脂之所以不如多孔型樹脂，就是因?yàn)椴荒芴峁┯谰眯钥讖?。研究?bào)道：吸附樹脂孔徑與吸附質(zhì)分子之比應(yīng)以2～6:1為宜，孔徑太大，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小則不利于吸附質(zhì)與溶劑的擴(kuò)散，并對直徑較大的分子起屏幕作用。氣體在微孔中的擴(kuò)散屬于Knudson擴(kuò)散，擴(kuò)散系數(shù)(DK)與孔徑(d)的關(guān)系如下式：DK=Kd，K是常數(shù)，當(dāng)孔徑大到一定程度后，則孔中的擴(kuò)散趨于通常氣體的擴(kuò)散，擴(kuò)散速度與孔徑無關(guān)。液體在固體微孔內(nèi)的擴(kuò)散比氣體更為復(fù)雜，但大致相似。當(dāng)吸附劑的孔徑很小時(shí)，分子的擴(kuò)散受阻礙速度很小，吸附過程的控制步驟是擴(kuò)散過程，適當(dāng)增大孔徑，則擴(kuò)散速度增大，既有利于達(dá)到吸附平衡，也有利于達(dá)到解吸平衡，但當(dāng)孔徑大到一定程度以后，擴(kuò)散速度不再是吸附過程的控制步驟，增大孔徑，則浪費(fèi)空間同時(shí)也降低比表面，致使體積吸附量下降，因此，孔徑設(shè)計(jì)的原則是在保證適當(dāng)擴(kuò)散速度的前提下，孔徑應(yīng)盡可能地小，以獲得最大的比表面。

孔徑的含義僅僅是孔徑的平均值，是籠統(tǒng)的概念，更具體的還是孔徑的統(tǒng)計(jì)分配情況?？讖酱笮》植记闆r（孔分布）是樹脂性能的重要標(biāo)志，這和分子量分布差不多，主要是要求均勻?？讖椒植季鶆蚴箻渲倪x擇性強(qiáng)，吸附－解吸效率高，穩(wěn)定性提高。值得注意的是一般用的孔徑結(jié)構(gòu)參數(shù)多半是由干態(tài)測定得到的，而吸附樹脂在大多數(shù)情況下是在水溶液或有機(jī)溶劑中使用，絕大多數(shù)樹脂干、濕狀態(tài)的性能差別是很大的。A．毛細(xì)管凝聚理論考察多孔固體的吸附行為，發(fā)現(xiàn)其吸附等溫線通常具有Ⅳ、Ⅴ類型的形式，在壓力趨于飽和蒸氣壓時(shí)（或相對壓力X→1），吸附量再次趨于飽和，而且在吸附等溫線上會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，這就是說脫附時(shí)與吸附時(shí)的等溫線并不重合，形成一個(gè)滯后圈（hysteresisloop），脫附分支位于吸附分支的左上方。這樣，在同一吸附量下，脫附時(shí)相對壓力比吸附小，多孔聚合物的這種吸附現(xiàn)象與毛細(xì)管凝聚作用有關(guān)。多孔聚合物的大孔與表平面差不多，對吸附?jīng)]有什么特殊貢獻(xiàn)，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象的原因主要是由于中孔的存在。如果簡單地把孔隙（中孔）看成是許多半徑不同的圓柱形毛細(xì)管，則當(dāng)氣相壓力逐漸增大但還沒有達(dá)到正常（平面）液體飽和蒸氣壓時(shí)，在較小的毛細(xì)管中蒸氣就發(fā)生凝聚。隨著壓力的增加，逐漸在半徑更大的孔中發(fā)生凝聚，這就是毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象。

吸附線脫附線吸附量毛細(xì)管凝聚吸附及脫附等溫線

B．微孔填充理論某些吸附劑其孔徑與吸附質(zhì)分子的尺寸處于同一數(shù)量級，常常是Ⅰ型吸附等溫線，并且大多不出現(xiàn)滯后圈現(xiàn)象。1949年P(guān)ierce、Dubinin等根據(jù)各自的研究，認(rèn)為微孔吸附機(jī)理并不是在孔壁上的表面覆蓋，而是與毛細(xì)管凝聚相似但又不完全一樣的微孔填充（Volumefillingofthemicropores）。從Polanyi-Dubinin勢能理論出發(fā)，可以很好地解釋微孔填充理論，當(dāng)微孔的孔徑不超過吸附質(zhì)分子直徑的幾倍，相對孔徑的勢能場相互疊加，增強(qiáng)了固體表面與氣體分子間的相互作用能，因而使吸附加強(qiáng)。如果吸附劑固體的孔主要為微孔，則當(dāng)微孔填充滿后，壓力再增加，吸附量只會稍微增加一點(diǎn)（由于表平面上發(fā)生的是多層吸附），故其吸附等溫線上就會出現(xiàn)一平臺，而且微孔的填充是可逆的，脫附時(shí)等溫線與吸附時(shí)重疊，不出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，因此表現(xiàn)為Ⅰ型吸附等溫線，其最大飽和吸附量相當(dāng)于全部微孔被溶質(zhì)填滿。(3).樹脂的溶脹性能對吸附的影響

一般來說，即微孔體積越大，比表面積越大，吸附量越大。通常吸附劑吸附的吸附質(zhì)的體積不超過吸附劑的孔容積。而聚合物吸附劑不同于無機(jī)吸附劑的一個(gè)顯著的特性是常常出現(xiàn)吸附的吸附質(zhì)的體積超過干燥樹脂的孔容積，這是因?yàn)闃渲絼┰谒芤褐谢蛭搅巳苜|(zhì)后，常常發(fā)生溶脹，從而擴(kuò)大了吸附劑的孔容積所致，溶脹也是樹脂吸附的推動力之一。超高交聯(lián)聚苯乙烯樹脂的一大特點(diǎn)就是無論在極性溶劑還是非極性溶劑中，樹脂都能較好地溶脹使孔容積增加，樹脂對有機(jī)物的吸附不僅可看作是表面吸附、微孔填充或毛細(xì)管凝聚，也可理解為溶解在樹脂骨架中。(4)．吸附劑的幾何形態(tài)多孔樹脂屬于兩相結(jié)構(gòu)—孔和聚合物相，樹脂表面極不規(guī)整、極不光滑，在高分辨率的掃描電鏡下可以看到吸附樹脂是由極多的聚合物微粒堆積而成的。研究表明，大多數(shù)固體表面在數(shù)納米至數(shù)十納米的標(biāo)度尺寸范圍內(nèi)具有分形結(jié)構(gòu)（Fractalstructure），即存在自相似性或自仿射性。硅膠、活性碳等許多無機(jī)材料的表面分形結(jié)構(gòu)已得到證明，且發(fā)現(xiàn)其吸附性能、催化活性和反應(yīng)特性等與其分形結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系（如活性炭表面類似于石墨的稠合六角形微晶結(jié)構(gòu)，表面存在許多能形成氫鍵、給體和受體結(jié)合的羰基及酯基，占較大比例的微孔）。大孔交聯(lián)聚苯乙烯樹脂的表面與孔結(jié)構(gòu)跟多孔性無機(jī)材料有類似之處，但無機(jī)材料的骨架為剛性，而大孔聚合物樹脂的鏈段有一定柔順性，其表面和孔結(jié)構(gòu)受環(huán)境影響較大。3、樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)對吸附性能的影響(1).吸附性能與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系

A．極性匹配一般說來，極性樹脂較易吸附極性物質(zhì)，即有相似相吸的規(guī)律。聚苯乙烯樹脂是非極性的，樹脂骨架上帶有苯環(huán)，因此對于非極性化合物和芳香性化合物具有良好的吸附性能，如AmberliteXAD-4樹脂對苯、甲苯和二甲苯具有很好的吸附性能若在樹脂表面引入一些極性功能基，如經(jīng)鹵化、?；?、硝化、表面磺化等功能基反應(yīng)，則可增加其極性，樹脂對一些極性化合物如苯酚、苯甲酸、苯甲醇和脂肪酸等的吸附性能會有顯著的提高。在超高交聯(lián)聚苯乙烯樹脂表面引入少量強(qiáng)酸基團(tuán)、強(qiáng)堿基團(tuán)、弱酸基團(tuán)、弱堿基團(tuán)以及少量羰基、酯基及羥基有利于提高樹脂對一些有機(jī)物的吸附性能

。二乙烯苯與苯乙烯的共聚反應(yīng)中添加適量的丙烯腈,也能增強(qiáng)對極性分子苯酚、苯胺的吸附能力。B．形成氫鍵或給體-受體絡(luò)合物

如果樹脂上的基團(tuán)與被吸附分子之間能夠形成氫鍵或給體-受體絡(luò)合物，則樹脂對吸附質(zhì)有強(qiáng)的吸附作用。如聚乙烯吡啶對苯酚具有非常好的吸附性能，其吸附量比AmberliteXAD-4對苯酚的吸附量大近一倍，這主要是苯酚分子的酚羥基與聚乙烯吡啶樹脂的氮原子間形成給體-受體絡(luò)合物（氫鍵）的原因。聚乙烯吡啶對苯酚的作用仍屬于吸附而不是離子交換，這可由下列事實(shí)證明：第一，共存的無機(jī)鹽幾乎不影響對苯酚的吸附量；第二；聚乙烯吡啶樹脂吸附苯酚后很容易用有機(jī)溶劑如丙酮、甲醇等溶劑洗脫、再生，而強(qiáng)堿陰離子交換樹脂吸附苯酚后用這些溶劑再生效果很差；第三，聚乙烯吡啶吸附苯酚的吸附焓接近于聚苯乙烯吸附苯酚的吸附焓，小于強(qiáng)堿陰離子交換樹脂吸附苯酚的吸附焓。C．復(fù)合功能作用復(fù)合功能是指在性能上兼具離子交換與吸附雙重作用，在結(jié)構(gòu)上既具有一定的離子交換基團(tuán)，也具有較大的比表面積，因而該類樹脂可認(rèn)為是具有一定離子交換基團(tuán)的吸附樹脂，這種雙功能樹脂，既有較大的比表面積，具有一定的物理吸附功能；另一方面又有可解離的基團(tuán)，不僅能夠交換離子性的有機(jī)物質(zhì)，也能通過“離子—偶極”作用吸附非解離性的有機(jī)物，并且這種“離子—偶極”作用與“偶極——偶極”作用還有協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)了吸附能力。這種作用是介于物理吸附與離子交換之間的一種現(xiàn)象，這是復(fù)合功能樹脂所特有的。(2).樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)對吸附選擇性的影響吸附樹脂的選擇性不僅表現(xiàn)在對某些物質(zhì)的吸附與不吸附這種極端的情況，有時(shí)對許多有機(jī)物都能同時(shí)吸附，但吸附的程度具有一定差別。交聯(lián)聚丙烯酸樹酯XAD-7在正己烷溶液中吸附苯胺、N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺，吸附的選擇性與形成氫鍵的數(shù)目成比例，對N，N-二甲基苯胺幾乎不吸附，對苯胺的吸附選擇性是N-甲基苯胺的二倍，并得出吸附選擇性的公式為：

α12=（q1/C1）/(q2/C2)式中q和C分別是平衡時(shí)溶質(zhì)在固體吸附劑中濃度及溶液中的濃度，q1/C1及q2/C2

是單個(gè)溶質(zhì)1和2從混合液中吸附的親合力，而且還推出吸附選擇性與單個(gè)溶質(zhì)吸附焓之間的關(guān)系：

d(lnα12)/d(1/T)=(ΔH1-ΔH2)/RΔH1-ΔH2

是兩溶質(zhì)吸附焓的差。氫鍵、偶極矩：吸附質(zhì)分子的偶極矩或生成氫鍵的能力越大，則越有利于對帶微極性或極性功能基樹脂的吸附。電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物：多硝基化合物、酸或醌等能與帶有大π鍵電子的苯環(huán)的聚苯乙烯類吸附樹脂形成電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物，故能很好地吸附。1、范德華引力的因素（二）吸附質(zhì)的影響2、分子量的影響

分子量是經(jīng)常作為吸附粗略估計(jì)的因素，分子量增大，在擴(kuò)散路徑的允許下，對吸附是有利的，但還要全面考慮其它因素。吸附作用的力以范德華力為主，所以一般說，在水中分子形式有利于吸附，離子形式有利于解吸。實(shí)際上也可以用pH來表示，在生化物質(zhì)分離中，pH是極其重要的。一般講，樹脂柱都要預(yù)先調(diào)到體系要求的pH，否則體系的pH就會發(fā)生變化。

3、分子形式的影響4、離解常數(shù)的影響低離解常數(shù)對吸附有利，高離解常數(shù)則有利于離子交換，在體系的選定中需要全面考慮。

酚中引入負(fù)電性基團(tuán)（Cl，Br，I，OR等）可加強(qiáng)吸附，取代基增多，處理量增大，同時(shí)不受含鹽量的影響。（苯酚取代基增多，也可以從溶解度減少的角度來解釋吸附加強(qiáng)）5、取代基的影響6、取代基的數(shù)量及碳數(shù)的影響取代基的數(shù)量及碳數(shù)增加對吸附有利。7、吸附質(zhì)濃度的影響各種樹脂對各種濃度吸附質(zhì)的吸附量的大小差別很大，也就是靜態(tài)吸附曲線斜率各不相同。應(yīng)該根據(jù)該特性選用合適的樹脂。

樹脂在制備中殘留的致孔劑必須用丙酮、甲醇等洗干凈，在使用前必須經(jīng)丙酮等充分溶脹，否則孔結(jié)構(gòu)收縮失效，尤其對于低交聯(lián)樹脂縮孔更為嚴(yán)重。1、樹脂預(yù)處理（三）吸附條件的影響2、溶劑的影響

溶劑表現(xiàn)在樹脂的溶脹上更為明顯，特別是對于凝膠型樹脂。大孔樹脂及高交聯(lián)樹脂溶劑的影響較小。水中鹽的存在對吸附能起到鹽析作用，是有利的，但不利于離子交換。如13％的NaCl存在條件下，對NKA樹脂吸附苯酚的吸附量可增加30％。3、溶液中鹽的存在的影響4、pH的影響

非極性樹脂在pH低于吸附質(zhì)pKa范圍內(nèi)，對pH的影響不大，在pH高于pKa以上，吸附量都下降，其中非極性樹脂下降較少，這可能是由于吸附質(zhì)溶解度增大以及被吸附的離子對體系中未吸附的離子具有排斥作用造成的。吸附過程是放熱反應(yīng)，放出熱量很小，接近于液化熱，溫度升高，吸附量降低。提高溫度對解吸是有利的，對吸附質(zhì)的擴(kuò)散也是有利的。5、溫度的影響6、流速的影響

流速決定了接觸時(shí)間，由于大多數(shù)都要涉及到傳質(zhì)過程，因此，不管在溶液中或在氣體中，樹脂與反應(yīng)介質(zhì)之間必須緊密并有足夠長的時(shí)間接觸。流速取決于樹脂的孔徑、孔容、粒度、吸附質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及濃度、操作溫度等，對吸附效果影響很大，實(shí)驗(yàn)中以一定層高（20～30）基礎(chǔ)上，每小時(shí)流過樹脂體積倍數(shù)表示最為方便(BV/h)。2.6吸附劑再生種類處理溫度主要條件加熱再生加熱脫附高溫加熱再生（炭化再生）100～200℃750～950℃（400～500℃）水蒸汽、惰性氣體水蒸汽、惰性氣體、CO2藥劑再生無機(jī)藥劑有機(jī)藥劑（萃?。┏亍?0℃常溫～80℃HCl、H2SO4、NaOH、氧化劑有機(jī)溶劑（苯、丙酮、甲醇）生物再生濕式氧化分解電解氧化常溫180~220℃、加壓常溫好氧菌、厭氧菌O2、空氣、氧化劑O2選擇再生方法時(shí)，主要考慮三方面的因素：①吸附質(zhì)的理化性質(zhì)；②吸附機(jī)理；③吸附質(zhì)的回收價(jià)值。三、吸附工藝間歇吸附固定床吸附移動床吸附流動床吸附連續(xù)式吸附與脫附設(shè)備3.1間歇吸附間歇吸附反應(yīng)池有兩種類型；一種是攪拌池型，即是在整個(gè)池內(nèi)進(jìn)行快速攪拌，使吸附劑與原水充分混合；另一種是泥渣接觸型，池型與操作和循環(huán)澄清池相同。當(dāng)用于廢水深度處理時(shí)，泥渣接觸型的吸附量比攪拌池型增加30%。為防止粉狀吸附劑隨處理水流失，固液分離時(shí)常加高分子絮凝劑。3.2固定床吸附在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附時(shí)固定不動，水流穿過吸附劑層。固定床可分為單床和多床系統(tǒng)。多床又有并聯(lián)與串聯(lián)兩種，前者適于大規(guī)模處理，出水要求較低，后者適于處理流量較小，出水要求較高的場合。3.3移動床

原水從下而上流過吸附層，吸附劑由上而下間歇或連續(xù)移動。間歇移動床處理規(guī)模大時(shí)，每天從塔底定時(shí)卸炭1-2次，每次卸炭量為塔內(nèi)總炭量的5%-10%；連續(xù)移動床，即飽和吸附劑連續(xù)卸出，同時(shí)新吸附劑連續(xù)從頂部補(bǔ)入。移動床較固定床能充分利用床層吸附容量，出水水質(zhì)良好，且水頭損失較小。因而不需要反沖洗設(shè)備，對原水預(yù)處理要求較低。3.4流化床原水由底部升流式通過床層，吸附劑由上部向下移動。由于吸附劑保持流化狀態(tài)，與水的接觸面積增大，因此設(shè)備小而生產(chǎn)能力大，基建費(fèi)用低。與固定床相比，可使用粒度均勻的小顆粒吸附劑，對原水的預(yù)處理要求低。但對操作控制要求高。為防止吸附劑全塔混層，以充分利用其吸附容量并保證處理效果，塔內(nèi)吸附劑采用分層流化。分隔每層的多孔板的孔徑、孔分布形式、孔數(shù)及下降管的大小等，都是影響多層流化床運(yùn)轉(zhuǎn)的因素。四、吸附法在環(huán)保中的應(yīng)用4.1廢氣的治理一、酸性氣體[NOX(X=1,2)、SOX(X=2,3)、COX(1,2)、HCl、H2S]二、有味氣體主要為易揮發(fā)性有機(jī)物，如硫醇、醛、胺等三、某些企業(yè)的特種氣體氣體治理主要使用炭質(zhì)吸附劑(活性炭、炭化樹脂、活性炭纖維)。如由廢丙烯腈炭化材料除異味氣體；磺化交聯(lián)聚苯乙烯樹脂炭化樹脂從氣流中除去易燃有機(jī)氣體；高比表面積樹脂(如后交聯(lián)樹脂)吸附易揮發(fā)性有機(jī)氣體。陰離子交換樹脂可以吸附酸性氣體(NOX、SOX、COX)，陽離子交換樹脂可以吸附堿性氣體(胺和氨)，混合樹脂可以同時(shí)吸附酸性氣體和堿性氣體(SO2、NOX、HCl、NH3、EtSH、H2S)。吸附劑吸附廢氣之后，根據(jù)不同情況可以用加熱、熱水、酸、堿、有機(jī)溶劑再生。4.2廢渣的處理廢渣處理應(yīng)用相對較少但在某些綜合治理項(xiàng)目中，離子交換樹脂經(jīng)常用于從廢渣浸提、分離貴重金屬。如硫脲樹脂可從冰銅礦浸取殘?jiān)刑崛》蛛x鉑系金屬。利用離子交換樹脂可從高爐渣、金紅石鈦渣中浸取分離鈧。4.3在廢水治理中的應(yīng)用工業(yè)廢水根據(jù)化學(xué)成份可分為含有機(jī)物廢水、含金屬離子廢水及含有毒陰離子廢水。含有機(jī)物(如酚、胺、羧酸、芳烴、鹵代烴、染料、農(nóng)藥、藥物等)的廢水，一般采用吸附樹脂處理；含磺酸、羧酸、酚、胺、銨等有機(jī)物的廢水也可以采用離子交換樹脂處理。重金屬離子(汞、鉛、鎳、鉻、釩、銅、金、銀等)的廢水可采用陽離子交換樹脂處理。朱常英等設(shè)計(jì)合成的蛇籠樹脂同時(shí)含有弱酸和強(qiáng)堿基團(tuán)，用于處理聚丙烯腈紡絲池廢水，獲得令人滿意的結(jié)果。1、活性炭吸附在廢水處理中的應(yīng)用美國于1972年在Carson煉油廠建成了第一套用活性炭處理煉油廢水的工業(yè)裝置，處理能力為1600m3/d，COD去除率達(dá)95%。除此之外，活性炭吸附法還較廣地用于其他工業(yè)廢水的深度處理和城市污水的高級處理以及污染水源的凈化。比如，在重金屬廢水、染色廢水等方面都有很好的處理效果。

我國于1976年建成第一套大型的煉油廢水活性炭吸附處理的工業(yè)裝置。某些吸附性活性炭，對廢水中無機(jī)重金屬離子，具有一定的選擇吸附能力，實(shí)驗(yàn)表明:使用14A40目的粒狀活性炭，對廢水中Ag+的吸附率達(dá)80%～85%，吸附性Ag+在活性炭表面上還發(fā)生還原反應(yīng)。采用活性炭吸附法，則設(shè)備簡單、操作方便。其工藝流程如下：劉石彩等用活性炭處理江蘇某廠的涂料綜合廢水（其中主要污染物為苯丙乳液、碳酸鈣，鈦白粉等超細(xì)粉末，同時(shí)含有黃、綠、橙等顏料混合物。）經(jīng)如下工藝處理后能達(dá)標(biāo)排放。魏文圃等將活性炭應(yīng)用于印染廢水的脫色研究，先采用混凝沉淀和沙過濾前處理工藝，除去幾乎全部濁度和部分色度，剩余色度用活性炭吸附處理后能達(dá)到回用于生產(chǎn)的水質(zhì)要求，采用V2O5-Ca(ClO)2催化氧化法再生活性炭效果良好。再生率達(dá)97%，在常溫下也可達(dá)89%。2、沸石分子篩吸附法在廢水處理中的應(yīng)用文獻(xiàn)報(bào)道用13Ｘ分子篩處理電鍍廢水，吸附10min時(shí)就已基本達(dá)到飽和，吸附率達(dá)95%以上，且處理時(shí)間短、效率高。在達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(ＧＢ8978—1996)前，1ｇ13Ｘ分子篩最多能處理電鍍廢水1200ｍｌ左右。用90℃的飽和氯化鈉溶液解吸已吸附重金屬離子的13Ｘ分子篩，解吸率近于100%,且解吸后的分子篩在未經(jīng)處理的情況下仍能吸附重金屬離子，其吸附率仍達(dá)到90%以上。洗脫液中重金屬離子高度密集，對重金屬的回收非常有利。13Ｘ分子篩對重金屬廢水的凈化主要是離子交換和表面吸附作用的結(jié)果。另文獻(xiàn)報(bào)道，用13Ｘ沸石分子篩用于水中苯酚的吸附實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:分子篩對苯酚的吸附速率非?？?，吸附時(shí)間為10min時(shí)吸附基本達(dá)飽和；當(dāng)分子篩用量為10g/L時(shí)，水中苯酚的去除率達(dá)95%；隨著ｐＨ值的增加,苯酚在分子篩上的吸附率減?。浑S溫度增加,吸附率有所增加,但在常溫下苯酚的吸附率也能達(dá)到96%；13Ｘ分子篩對苯酚的最大吸附量可達(dá)10mg/g,其吸附規(guī)律較好地符合Fruendlich吸附等溫式；已飽和吸附的分子篩用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、溫度為60℃的氯化鈉溶液洗脫，解吸率近于100%，且解吸后的分子篩在未經(jīng)任何處理的情況下仍能吸附苯酚。3、樹脂吸附技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用（1）

高濃度難降解有機(jī)廢水的治理（2）飲用水及微污染水源水的凈化常用處理方法（濕式氧化法、催化氧化法、焚燒法、稀釋生化法等）單純依靠破壞的方法治理高濃度、高含鹽、高酸堿的化工廢水是不經(jīng)濟(jì)的。液液萃取的特點(diǎn)：設(shè)備投資少，萃取效率高。缺點(diǎn)是：液液分離困難，容易造成萃取劑的流失，且一步達(dá)標(biāo)比較困難?；钚蕴嘉叫阅茌^佳，但其再生困難，且機(jī)械強(qiáng)度差，使用壽命短，難以資源化。（1）樹脂法處理高濃度難降解有機(jī)廢水的研究背景吸附樹脂由于其結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際用途進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過非共價(jià)鍵力，可以從水溶液中吸附有機(jī)物質(zhì)，并可方便地洗脫、再生，從而實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物的富集、分離和回收，特別是能資源化，激發(fā)起人們極大的興趣,該技術(shù)也得到長足的發(fā)展樹脂吸附法處理高濃度難降解有機(jī)廢水的基本工藝流程廢水預(yù)處理樹脂吸附吸附流出液深度處理達(dá)標(biāo)排放樹脂脫附低濃脫附液下次套用高濃脫附液綜合利用A樹脂吸附法處理高濃度難降解有機(jī)廢水的工藝流程BCA、B塔進(jìn)行串聯(lián)吸附的同時(shí)進(jìn)行C塔的脫附

酚(2,3酸生產(chǎn)廢水)有機(jī)廢水：納米吸附樹脂的開發(fā)和應(yīng)用2,3-酸是一種重要的染料中間體,國內(nèi)年產(chǎn)量超過3000噸的廠家有5-7家2,3-酸的生產(chǎn)工藝如下:樹脂吸附吸附出水樹脂脫附高濃脫附液酸化結(jié)晶過濾回收2-萘酚和2,3-酸濾液回預(yù)處理工段2,3-酸生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)排放色澤pHCOD(mg/l)2-萘酚(mg/l)2,3-酸(mg/l)2,6-酸(mg/l)原廢水淺黃1-2~25007606561處理后無色透明6-9<100<5<1<1

蘇州迪通化工有限公司2,3-酸生產(chǎn)廢水治理工業(yè)裝置圖上海三泰化工廠2，3-酸生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置上海新順化工廠2，3-酸生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置對硝基酚是一種重要的醫(yī)藥、染料中間體，國內(nèi)南京化工廠等是主要生產(chǎn)廠家。對硝基酚的合成路線為：在水解、酸化、過濾過程中將產(chǎn)生含高濃度對硝基酚鈉和對硝基酚的生產(chǎn)廢水酚(對硝基酚生產(chǎn)廢水)有機(jī)廢水：納米吸附樹脂的開發(fā)和應(yīng)用對硝基酚生產(chǎn)廢水的治理與資源化對硝基酚生產(chǎn)廢水樹脂吸附吸附出水樹脂脫附高濃脫附液冷卻結(jié)晶過濾回收對硝基酚鈉濾液回預(yù)處理工段達(dá)標(biāo)排放生化處理

色澤pHCOD(mg/l)對硝基酚(mg/l)原廢水黃色1-2~100004000-7000處理后無色透明6-9<500<5

采用該技術(shù)處理對硝基酚生產(chǎn)廢水，回收價(jià)值可抵償操作費(fèi)用并有盈余。該廢水的治理技術(shù)已在南京化工廠等國內(nèi)6家企業(yè)獲得工業(yè)應(yīng)用。泰興泰華化工有限公司對硝基酚鈉生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置

pHCOD(mg/l)苯乙酸(mg/l)苯甲醇(mg/l)苯甲醛(mg/l)NaCl(%)原廢水2-3~138003700~890<30012-20處理后6-9<400未檢出未檢出未檢出12-20有機(jī)廢水：納米吸附樹脂的開發(fā)和應(yīng)用芳香有機(jī)酸(苯乙酸生產(chǎn)廢水)廢水深度處理后排放納米吸附樹脂回收苯乙酸、苯甲醇

濟(jì)寧某公司苯乙酸生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置

苯肼是重要的醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料中間體，用于生產(chǎn)色酚AS-G、藥物安替比林等，也是常用的羰基化試劑。苯肼的合成路線如下：NaNO2,重氮化H2SO4NH2N2ClNNSO3NaNa2SO3Na2SO3還原HNNHSO3NaHNNH2

H2SO412HNNH2NaOHH2SO4,H2O加成酸解堿解有機(jī)廢水：納米吸附樹脂的開發(fā)和應(yīng)用芳香胺(苯肼生產(chǎn)廢水)

pHCOD(mg/l)苯肼(mg/l)苯胺(mg/l)加成物(mg/l)Na2SO4(%)原廢水0.35~19000~4600300-400400-500~38吸附處理后~7<2000~30未檢出未檢出~38氧化處理后~7<100未檢出未檢出未檢出~38可從每噸廢水中回收3-6公斤以上苯肼鹽酸鹽苯肼生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置鄰甲苯胺對甲苯胺芳香胺(鄰甲苯胺和對甲苯胺生產(chǎn)廢水)有機(jī)廢水：納米吸附樹脂的開發(fā)和應(yīng)用鄰（對）甲苯胺廢水吸附脫附調(diào)堿出水進(jìn)生化高濃度脫附液回收鄰（對）甲苯胺稀鹽酸+水低濃度脫附液鄰甲苯胺廢水對甲苯胺廢水原廢水COD37000mg/L21000mg/L吸附出水COD2400mg/L1100mg/LCOD去除率93.5%94.7%樹脂優(yōu)化組合吸附分離技術(shù)的應(yīng)用復(fù)合功能樹脂的開發(fā)與應(yīng)用高選擇性樹脂的開發(fā)與應(yīng)用樹脂法處理高濃度難降解有機(jī)廢水的最新進(jìn)展樹脂優(yōu)化組合吸附分離技術(shù)

在實(shí)際廢水處理工程中，采用單一樹脂處理往往不能一次性達(dá)標(biāo)排放或者達(dá)到企業(yè)后續(xù)氧化或生化裝置處理的要求。采用樹脂優(yōu)化組合吸附分離技術(shù)，且利用其他種類樹脂對吸附出水進(jìn)行二次吸附，吸附出水可以達(dá)到后續(xù)處理的要求，有的可以直接達(dá)標(biāo)排放。本技術(shù)的另一個(gè)成功體現(xiàn)在于利用一種樹脂去除雜質(zhì)后，再利用其他樹脂有效吸附目標(biāo)有機(jī)物，以提高回收目標(biāo)有機(jī)物的純度。該技術(shù)已經(jīng)得到工程應(yīng)用。DSD酸生產(chǎn)廢水的樹脂優(yōu)化組合吸附工藝DSD酸（4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸)是一種重要的染料中間體其合成基本路線為:氧化工段排出的廢水含有大量的苯系衍生物,濃度高，顏色深,酸性強(qiáng)DSD酸生產(chǎn)廢水的樹脂優(yōu)化組合吸附工藝特種弱堿樹脂吸附吸附出水樹脂脫附回收DNS酸和作為制水煤漿的添加劑廢水工藝套用或經(jīng)氧化后達(dá)標(biāo)排放樹脂吸附

色度（倍）pHCOD(mg/l)DNS酸(mg/l)原廢水250005-6~170003500-7000處理后~1006-9<900未檢出

采用不同的樹脂組合吸附處理DSD酸生產(chǎn)廢水中不同組分，且資源化回收價(jià)值可抵償絕大部分操作費(fèi)用。采用該技術(shù)已在江蘇某化工集團(tuán)建立了日處理500噸廢水的工業(yè)裝置，投入正常運(yùn)行兩年。DSD酸生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置2-萘酚吹萘廢水的樹脂優(yōu)化組合吸附工藝特種弱堿樹脂吸附吸附出水樹脂脫附高濃脫附液冷卻結(jié)晶回收2-萘磺酸鈉吹萘廢水達(dá)標(biāo)排放氧化過濾樹脂吸附生化處理

色澤pHCOD(mg/l)2-萘磺酸鈉(mg/l)萘(mg/l)2-萘酚(mg/l)原廢水淺黃渾濁5-6~170005760~20<100處理后無色透明6-9<100<10未檢出未檢出

采用該技術(shù)可進(jìn)行達(dá)標(biāo)治理，割除生化處理裝置，并可實(shí)現(xiàn)資源回收。吹萘廢水處理技術(shù)已在重慶某化工廠建成日處理600噸廢水的工業(yè)裝置，已穩(wěn)定運(yùn)行一年。每年可減少排放COD2000多噸。2-萘酚生產(chǎn)廢水處理工業(yè)裝置

間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉作為DMT法生產(chǎn)陽離子可染型聚酯的第三單體。其生產(chǎn)廢水水質(zhì)如下：

每生產(chǎn)1噸三單體，排放7噸高濃度生產(chǎn)廢水，約有25-30％三單體損失在其中。為了回收水中大量的三單體，并和少量的間苯二甲酸分離，采用樹脂組合吸附工藝：先采用大孔吸附樹脂預(yù)吸附去除間苯二甲酸，再用特種氫鍵樹脂吸附三單體，可以大大提高回收三單體的純度。顏色

pH值COD(mg/L)三單體含量其它雜質(zhì)淡黃色～0.5～16萬～3萬mg/L含硫酸鈉、甲醇、間苯二甲酸等三單體生產(chǎn)廢水的優(yōu)化組合吸附工藝大孔吸附樹脂特種氫鍵樹脂三單體生產(chǎn)廢水間苯二甲酸堿液回收高純度三單體堿液吸附出水深度處理

復(fù)合功能樹脂的研發(fā)與應(yīng)用

復(fù)合功能樹脂是樹脂發(fā)展的一個(gè)新方向。其主要特征是兼具離子交換、吸附等多重功能，在結(jié)構(gòu)上既具有一定的離子交換基團(tuán)，也具有較大的比表面積，不僅能夠交換離子性的有機(jī)物質(zhì)，也能通過“離子——偶極”

作用吸附非解離性的有機(jī)物。兼有物理吸附與離子交換的新型吸附現(xiàn)象為復(fù)合功能樹脂所特有。這類樹脂在治理成份復(fù)雜、含高水溶性芳香有機(jī)物的廢水方面具有顯著優(yōu)勢。

1,2,4-酸及氧體都是重要的萘系酸性媒介染料和酸性絡(luò)合染料中間體，合成路線如下：（1,2,4-酸）（1,2,4-酸氧體）1,2,4-酸及氧體生產(chǎn)廢水的治理與資源化復(fù)合功能樹脂吸附吸附出水復(fù)合功能樹脂脫附高濃脫附液酸化結(jié)晶過濾回收1,2,4-酸及氧體

濾液回預(yù)處理工段1,2,4-酸及氧體生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)排放中和

1,2,4-酸生產(chǎn)廢水1,2,4-酸氧體生產(chǎn)廢水處理前處理后處理前處理后COD(mg/l)>12000<100>8000<100

兩種廢水經(jīng)樹脂法處理后無色透明，可達(dá)標(biāo)排放?？赏?/p>