什么是吸附?
所谓吸附是指物质在两相交界面上浓度发生变化的现象。在空分设备中,主要的吸附剂主要有氧化铝与分子筛。例如,当气体分子运动到固体表面时,由于气体与固体表面分子之间的相互作用,气体分子便会暂时停留在固体表面上,使气体分子在固体表面上的浓度增大,即可以说,气体分子被固体表面吸附。
研究表明,吸附现象不仅发生在固──气界面、固──液界面上同样会发生,它是一种自然界存在的普遍现象。
在工业上,吸附过程是指流动相(气体与液体)与多孔颗粒(固定相)接触,使流动相中一种或多种组分有选择地取出或保留在固定相(颗粒)内的过程,例如压缩空气(流动相)中的水蒸气(压缩空气中的一种组分)被吸附剂(固定相)吸附,从而使自身获得失水(干燥)的过程就是典型的吸附过程。多孔固体颗粒表面微孔大小既可以是均匀的,也可能是单一的。由于此类隔离的多孔性或可渗透性,使得混合气体中某一组分(或溶液中的某一成分)被吸附颗表面(或吸入颗粒内),从而使物质得以分离、提纯。
吸附技术在工业上有何用处?
用某些具有吸附作用的固体物质,如木炭或骨炭使气体或液体脱湿、除臭在人类活动中有着悠久的应用历史。只是近几十年来由于吸附剂种类的增多,性能的改善,工艺流程不断改进,能耗下降,吸附分离在工业中,特别在化工、冶金、空分等行业中才得到了普通的应用;同时由于吸附剂具有很大的比表面积,具有脱除痕量物质的能力,这对控制工业流程污染及环境保护都有重大的意义。目前吸附分离的主要应用范围:
1.气体和溶液的脱湿和深度干燥;例如在气动技术中,吸附干燥成了制备极低露点压缩空气的主要技术,吸附式干燥机是压缩空气深度除水的主要设备。
2.气体中少量溶剂的回收;如化工流程排气中苯、丙酮、二硫化碳等有价值的工业组分通过吸附剂回收,既可以减少对环境的污染,又可提高产品的经济价值。
3.有机化工产品的分离和精致;例如用活性炭去除化学污水中有毒的氯化物和芳香烃等有毒物质,用碳分子筛提纯氮气等;
4.气体的分离和精致,当以空气为原料气时,一般都设有吸附法脱除CO2、水分等微量杂质的预处理工序;从空气中吸附分离氮、氧等已逐渐成为空分行业的主导工艺之一。
5.在水处理及及环境保护中,吸附剂用来大量地吸附废气、废液中难以消除的有毒有害化学残留物及其他有害的重金属离子;活性炭等吸附剂还对水溶液或其他有机溶液有良好的脱色、脱臭作用。
6.利用吸附过程对某些物质有很强富集作用的特点,可对低含量贵金属、稀土金属矿进行富集分离,以提高生产效率。
7.用作催化剂或催化剂载体,特定吸附剂在某些化工工艺中具有高度的定向选择性和活性,为有机合成和石油化工开拓了新的方向。
8.吸附式制冷;吸附制冷是一门新兴的制冷技术,在制冷过程中它可以有效利用低品位能源(譬如工业尾气、过热蒸汽、发动机热水余热等)且没有环境破坏性,近年来已受到越来越多的关注;该方法利用固体吸附剂对某些制冷剂蒸汽所具有的吸附能力,加热吸附剂使得其中被吸附的制冷剂解析,解析出来的蒸汽在冷凝器中放出热量凝结成液体;冷却吸附剂可使得吸附剂重新恢复吸附能力,吸附作用使得蒸发器中的制冷蒸汽液体蒸发,从而实现制冷。