吸附剂制备及其应用课后思考题答案Word格式.docx
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2、一些无机吸附剂性能不稳定。
例如：
1、吸附分离与膜分离技术，膜分离技术需要位差推动力才能实现，而吸附分离技术不需要；
2、膜分离选择性好，可在分子级内进行物质分离。
2）什么是“吸附等温线”？
有几类典型的吸附等温线？
请画出每类典型的吸附等温线，并说明其特点。
（吸附科学，P32）
对特定的物系实验测定一定温度下的吸附平衡数据，并绘制成吸附剂上吸附质的吸附量与流体中吸附质浓度或分压的关系曲线，这种曲线称为吸附等温线。
有五类典型的吸附等温线，见下图：
I类等温线，Langmuir等温线：
这类等温线相应于朗格缪尔单层可逆吸附过程，是窄孔进行吸附，而对于微孔来说，可以是体积填充的结果。
这些吸附质具有超微孔和极微孔，外表面积比孔内表面积小很多，在低压区，吸附曲线就迅速上升，发生微孔内吸附，在平坦区发生外表面吸附。
在接近饱和蒸气压时，由于微孔之间存在缝隙，在大孔中发生吸附，等温线又迅速上升。
Ⅱ类等温线，BET等温线，相应于发生在非多孔性固体表面或大孔固体上自由的单一多层可逆吸附过程。
在低P/P处有拐点B，是等温线的第一个陡峭部,它指示单分子层的饱和吸附量，相当于单分子层吸附的完成。
随着相对压力的增加，开始形成第二层，在饱和蒸气压时，吸附层数无限大。
这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于20nm时常遇到。
它的固体孔径尺寸无上限。
在低P/P区，曲线凸向上或凸向下，反映了吸附质与吸附剂相互作用的强或弱。
Ⅲ型等温线：
在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B在憎液性表面发生多分子层，或固体和吸附质的吸附相互作用小于吸附质之间的相互作用时，呈现这种类型。
例如水蒸气在石墨表面上吸附或在进行过憎水处理的非多孔性金属氧化物上的吸附。
在低压区的吸附量少，且不出现B点，表明吸附剂和吸附质之间的作用力相当弱。
相对压力越高，吸附量越多，表现出有孔充填。
有一些物系（例如氮在各种聚合物上的吸附）出现逐渐弯曲的等温线，没有可识别的B点．在这种情况下吸附剂和吸附质的相互作用是比较弱的。
Ⅳ型等温线：
低P/P区曲线凸向上，与Ⅱ型等温线类似。
在较高P/P区，吸附质发生毛细管凝聚，等温线迅速上升。
当所有孔均发生凝聚后，吸附只在远小于内表面积的外表面上发生，曲线平坦。
在相对压力1接近时，在大孔上吸附，曲线上升。
由于发生毛细管凝聚，在这个区内可观察到滞后现象，即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合，脱附等温线在吸附等温线的上方，产生吸附滞后（adsorptionhysteresis），呈现滞后环。
这种吸附滞后现象与孔的形状及其大小有关，因此通过分析吸脱附等温线能知道孔的大小及其分布。
Ⅳ型等温线是中孔固体最普遍出现的吸附行为，多数工业催化剂都呈Ⅳ型等温线。
滞后环与毛细凝聚的二次过程有关。
Ⅴ型等温线：
较少见，且难以解释，虽然反映了吸附剂与吸附质之间作用微弱的Ⅲ型等温线特点，但在高压区又表现出有孔充填。
有时在较高P/P区也存在毛细管凝聚和滞后环。
3）气固单组分吸附等温方程有哪些？
请举一例，写出吸附等温方程，并总结方程成立的主要假设条件。
4）什么是“变温吸附”？
评价其优缺点，并举一个实际应用变温吸附的例子。
变温吸附就是在较低温度（常温或更低）下进行吸附，在较高温度下使吸附的组分解析出来的过程。
变温吸附的优点：
1、工艺简单；
2、投资小；
3、操作简单；
4、维护量小。
1、能耗较高；
2、吸附剂有效吸附量小；
3、再生需要加热介质；
4、吸附剂寿命相对较短；
5、常需与其他工艺配套使用。
例子：
变温吸附法对废弃、废液的处理，用于脱除H2S，含H2S气体通过活性炭吸附器，H2S被吸附，在活性炭上可以被催化还原为游离硫，用300~400℃下用过热蒸汽或热惰性气体（氮气、燃烧气等）加热吹扫床层，可使硫转化为硫蒸气随惰性气体一并流出，经冷凝后达到固体硫而惰性气体可循环使用。
5）什么是“变压吸附”？
评价其优缺点，并绘图表示变压吸附的基本过程。
通过一个实例说明变压吸附的流程时序表。
变压吸附就是在较高压力下进行吸附，在较低压力（甚至真空状态）下使吸附的组分解吸出来的过程。
变压吸附的优点：
（1）产品纯度高；
（2）一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济；
（3）设备简单，操作、维护简便；
（4）连续循环操作，可完全达到自动化。
（吸附分离技术P36）
升压过程（A—B）：
经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P1，床层内杂质的吸留量为Q1（A点），在此条件下让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔压升至吸附压力P3，此时床内杂质的吸留量Q1不变（B）点。
吸附过程（B—C）：
在恒定的吸附压力下，原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐步增加，当达到规定的吸留量Q3时（C点）停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。
顺放过程（C—D）：
沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍然是产品组分，这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗。
在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂志被不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附床，床内杂质吸留量Q3不变。
当吸附床降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。
逆放过程（D—E）：
逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
冲洗过程（E—A）：
根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。
为此，利用其他吸附床顺向降压过程排除的产品组分，在过程最低压力P1下对床层进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附床。
经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生结束。
变压吸附法净化氢气时序表如下所示：
6）描叙吸附的传质过程。
绘出固定床的吸附曲线，解释什么是“穿透点”。
（吸附分离技术P9）答：
7）工业上常用的吸附剂有哪些？
阐述某一种吸附剂的制备原理和方法，并绘制生产工艺流程简图。
工业上常用的吸附剂主要有合成沸石（分子筛）、活性炭、硅胶、活性氧化铝等。
硅胶的制造方法是把纯度为98%~99%以上的天然硅砂和碳酸钠按摩尔比1：
（3.2~3.7）混合熔融，把得到的玻璃溶解在高压温水中，这时硅砂和碳酸钠原料中的大部分杂质以沸石等硅酸盐析出。
8）吸附剂在工业应用时的性能要求有哪些？
是如何评价这些性能指标的？
详见吸附分离技术P23：
9）试举一例说明吸附剂在气相分离中的应用，并画出其工艺流程简图。
10）试举一例说明吸附剂在液相分离中的应用，并画出其工艺流程简图。
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