活性炭可用于氣相吸附,也可用于液相吸附,兩者使用的條件不同,影響活性炭吸附力的因素也有差別。
活性炭氣相吸附過程的主要影響因素
1、溫度
組成氣體的各種分子,處在不同的熱運動狀態(tài)之中。氣體分子的熱運動受溫度的影響。當溫度降低時,運動分子上的能量減小,因而排出每一個分子的剩余能量所需要的吸引力就比較小,氣體分子較容易被吸附。吸附時排出的剩余能量是以吸附熱的形式放出,由于吸附的放熱反應,因此,溫度升高對吸附不利。
2.壓力
對于易被吸附的蒸汽,大幅度增大壓力對其吸附的影響不大。大多數在常壓下達到接近于飽和吸附量。但對于吸附性較小的氣體,在高壓下吸附量卻顯著增大。
從混合物中吸附時的吸附量可能隨壓力而變化。例如,在低壓下從乙烯和二氧化碳的混合物中吸附乙烯的量較大,而在高壓下則相反。又如在2870毫米的壓力下,二氧化氮和一氧化二氮幾乎是以相同的體積被吸附;而在72毫米壓力下被吸附的氣體中2/3是一氧化二氮。
3.沸點和臨界溫度
沸點和臨界溫度高的氣態(tài)物質一般易于被吸附。沸點和臨界溫度較高的光氣和二氧化硫的吸附量較大。這一點可以用毛細凝聚現(xiàn)象來解釋,即沸點和臨界溫度高的氣態(tài)物質,容易產生毛細凝聚作用而被吸附。
沸點和臨界溫度較低的氣體,在0℃時吸附量不大,但是在足夠低的溫度下,能被大量吸附,例如氮在常溫下的吸附量很小,但在沸點溫度下卻能被大量吸附。適當地調整溫度,往往能靠吸附來分離一些氣體。例如,溫度在-90℃至-110℃附近,二氧化碳能有效地從空氣中分離出來;在較高溫度下,二氧化碳的吸附不完全,而在較低的溫度下,出現(xiàn)氮和氧的吸附。雖然,凝聚性是一個主要因素,但被吸附的氣體或蒸汽的量并不總是與沸點或臨界溫度嚴格相關。例如,表中的二氧化碳的沸點比一氧化碳、氯化氫和乙炔為高,但吸附量卻較小,氧的臨界溫度比二氧化氮高,但吸附量卻較小。這種偏差反映對所涉及的所有的力,還沒有充分了解。在許多研究中,不同蒸汽的吸附是在同樣的溫度下測定的,這個條件往往擴大了凝聚因素的影響。這可以通過乙炔(沸點- 161.5℃)和甲醉(沸點64.0℃)的比較來說明,如果兩者都在25℃時被吸附,顯然,出于甲醇在這個溫度下相對地容易凝聚,所以其吸附量就大得多。
4.吸附質分子的大小
在低壓下(壓力小于1毫米汞柱)活性炭對同族化合物的吸附量,隨化合物分子量的增大而增加。例如,活性炭對醚類物質的吸附量,由小到大的排列順序是:二甲基醚、二乙基醚、二丙基醚。但當壓力增大到一定數值時,吸附量排列的順序卻完全顛倒過來,即變?yōu)槎选⒍一?、二甲基醚?/p>
在評價蒸汽的相對吸附性時,與計量單位有關,如果計算吸附量以克為單位時,四氯化碳的吸附量比三氯甲烷大,但是,如果以毫克摩爾數為基準時,兩者被吸附的毫克摩爾數大致相同。
5.混合氣體的吸附
對于兩種氣體或蒸汽的混合體:
如果某種氣體在單純狀態(tài)下易被吸附,一般也會優(yōu)先被活性炭從混合物中吸附。但是每一種氣體或蒸汽在混合狀態(tài)下的吸附量,可能小于在純態(tài)中相同的分壓下的個別吸附量。
在實際應用中,遇到的情況多數是混合氣體,如果混合氣體中某一成分的吸附量很小,往往可以忽略不計。例如,在常溫下用活性炭從空氣中吸附有機蒸汽時,可忽略空氣的吸附量。