目前工業(yè)上常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠和分子篩等。
(1)活性炭
活性炭是許多具有吸附性能的碳基物質(zhì)的總稱,木炭可以被認(rèn)為是一種吸附能力很低的活性炭。活性炭的原料是幾乎所有的含碳物質(zhì)。如煤、木材、骨頭、果核、堅(jiān)硬的果殼以及廢紙漿、廢樹(shù)脂等,將這些含碳物質(zhì)在低于878K下進(jìn)行炭化,再用水蒸氣或熱空氣進(jìn)行活化處理。還有用氯化鋅、氯化鎂、氯化鈣、磷酸來(lái)代替熱蒸汽作活化劑的?;钚蕴拷?jīng)過(guò)活化處理,比表面積一般可達(dá)700~1000m2/g,具有優(yōu)異和廣泛的吸附能力。炭分子篩是新近開(kāi)發(fā)的一種孔徑均一的分子篩型活性炭新品種,孔徑一般在100nm以下,具有良好的選擇吸附能力。
普通活性炭又分為顆粒狀活性炭(粒炭)和粉狀活性炭(粉炭),氣體吸附多用粒炭,因其阻力小,而粉炭多用于液體的脫色處理?;钚蕴渴且环N非極性吸附劑,具有疏水性和親有機(jī)物質(zhì)的性質(zhì),它能吸附絕大部分有機(jī)氣體,如苯類(lèi),醛酮類(lèi)、醇類(lèi)、烴類(lèi)等以及惡臭物質(zhì),因此,活性炭常被用來(lái)吸附和回收有機(jī)溶劑和處理惡臭物質(zhì)。同時(shí)由于活性炭的孔徑范圍寬,即使對(duì)一些極性吸附質(zhì)和一些特大分子的有機(jī)物質(zhì),仍然表現(xiàn)出它的優(yōu)良的吸附能力,如在SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害氣體治理中,有著廣泛的用途。因此,在吸附操作中,活性炭是一種首選的優(yōu)良吸附劑。
近年來(lái)出現(xiàn)的纖維活性炭,是一種新型的高性能活性炭吸附材料。它是利用超細(xì)纖維如黏膠絲、酚醛纖維或腈綸纖維等制成氈狀、繩狀、布狀等,經(jīng)高溫(1200K以上)炭化,用水蒸氣活化后形成的。纖維活性炭的表面積大,有的可高達(dá)1700m2/g,密度小(5~15kg/m3),微孔多而均勻。普通顆?;钚蕴靠讖讲痪?,除小孔外,還有0.01~0.1μm的中孔和0.5~5μm的大孔,而纖維活性炭不但孔隙率較大,而且孔徑比較均一,絕大多數(shù)為0.0015~0.003μm的小孔和中孔,因而吸附容量大,而且,由于纖維活性炭的微孔直接通向外表面,吸附質(zhì)分子內(nèi)擴(kuò)散距離較短,所以吸附和脫附速率高,殘留量少,因而使用壽命長(zhǎng)。正是由于纖維活性炭具有這些結(jié)構(gòu)特征,對(duì)各種無(wú)機(jī)和有機(jī)氣體、水溶液中的有機(jī)物、重金屬離子等具有較大的吸附容量和較快的吸附速率,其吸附能力比一般的活性炭高出1~10倍,特別是對(duì)于一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?;钚蕴恳?0倍左右。
(2)活性氧化鋁
活性氧化鋁是將含水氧化鋁(如鋁土礦)在嚴(yán)格控制的加熱速率下于773K加熱制成的多孔結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)。根據(jù)結(jié)晶構(gòu)造,氧化鋁可分為α型和γ型。具有吸附活性的主要是γ型,尤其是含一定結(jié)晶水的γ-氧化鋁,吸附活性很高。晶格類(lèi)型的形成主要取決于焙燒溫度,若三水鋁石在773~873K溫度下焙燒,所得氧化鋁即為含有結(jié)晶水的γ型活性氧化鋁,溫度超過(guò)1173K,開(kāi)始變成α型氧化鋁,吸附性能急劇下降。
活性氧化鋁是一種極性吸附劑,無(wú)毒,對(duì)水的吸附容量很大,常用于高濕度氣體的吸濕和干燥。它還用于多種氣態(tài)污染物,如SO2、H2S、含氟廢氣、NOx以及氣態(tài)碳?xì)浠衔锏葟U氣的凈化?;钚匝趸X機(jī)械強(qiáng)度好,可在移動(dòng)床中使用,并可作催化劑的載體。而且它對(duì)多數(shù)氣體和蒸氣是穩(wěn)定的,浸入水或液體中不會(huì)溶脹或破碎。循環(huán)使用后其性能變化很小,因此使用壽命長(zhǎng)?;钚匝趸X常用作催化劑的載體。
(3)硅膠
將水玻璃(硅酸鈉)溶液用無(wú)機(jī)酸處理后所得凝膠,經(jīng)老化、水洗去鹽,于398~408K下干燥脫水,即得到堅(jiān)硬多孔的固體顆粒硅膠。硅膠是一種無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物,其分子式為SiO2·nH2O。硅膠的孔徑分布均勻,親水性極強(qiáng),吸收空氣中的水分可達(dá)自身質(zhì)量的50%,同時(shí)放出大量的熱,使其容易破碎。硅膠在應(yīng)用上有很大一部分是用作吸濕劑(干燥劑),在用作干燥劑時(shí)常加入氯化鈷或溴化銅,以指示吸濕程度。硅膠是一種極性吸附劑,可以用來(lái)吸附SO2、NOx等氣體,但難于吸附非極性的有機(jī)物。硅膠還可用作催化劑的載體。
(4)沸石分子篩
分子篩自1756年從自然界發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)36種之多。這種天然分子篩是一種結(jié)晶的鋁硅酸鹽,因?qū)⑵浼訜崛廴跁r(shí)可起泡“沸騰”,因此又稱沸石或泡沸石,又因其內(nèi)部微孔能篩分大小不一的分子,故又名分子篩或沸石分子篩。目前人工合成的沸石分子篩已超過(guò)百種。最常用的有A型、X型、Y型、M型和ZSM型等。
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