吸附劑種類及用途?
吸附劑的種類有硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等,另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。
1.硅膠是一種堅硬、無定形鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物顆粒,分子式為SiO2.nH2O,為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液,生成凝膠,并將其水洗除去硫酸鈉后經干燥,便得到玻璃狀的硅膠,它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業上用的硅膠分成粗孔和細孔兩種。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下,吸附量可達吸附劑重量的80%以上,而在低濕度條件下,吸附量大大低于細孔硅膠。
2.活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成,它的性質取決于最初氫氧化物的結構狀態,一般都不是純粹的Al2O3,而是部分水合無定形的多孔結構物質,其中不僅有無定形的凝膠,還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細孔通道表面具有較高的活性,故又稱活性氧化鋁。它對水有較強的親和力,是一種對微量水深度干燥用的吸附劑。在一定操作條件下,它的干燥深度可達露點-70℃以下。
3.活性炭是將木炭、果殼、煤等含碳原料經炭化、活化后制成的。活化方法可分為兩大類,即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學藥品,在非活性氣氛中加熱進行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱,通常在700℃以下除去揮發組分以后,通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等,并在700~1200℃溫度范圍內進行反應使其活化。活性炭含有很多毛細孔構造所以具有優異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個方面。
4.聚丙烯酰胺
1)絮凝作用原理:PAM用于絮凝時,與被絮凝物種類表面性質,特別是動電位,粘度、濁度及懸浮液的PH值有關,顆粒表面的動電位,是顆粒阻聚的原因加入表面電荷相反的PAM,能使動電位降低而凝聚。
2)吸附架橋:PAM分子鏈固定在不同的顆粒表面上,各顆粒之間形成聚合物的橋,使顆粒形成聚集體而沉降。
3)表面吸附:PAM分子上的極性基團顆粒的各種吸附。
4)增強作用:PAM分子鏈與分散相通過種種機械、物理、化學等作用,將分散相牽連在一起,形成網狀。
聚丙烯酰胺的作用
1)用于污泥脫水根據污泥性質可選用本產品的相應型號,可有效在污泥進入壓濾之前進行污泥脫水,脫水時,產生絮團大,不粘濾布,壓濾時不散,流泥餅較厚,脫水效率高,泥餅含水率在80%以下。
2)用于生活污水和有機廢水的處理,本產品在配性或堿性介質中均呈現陽電性,這樣對污水中懸浮顆粒帶陰電荷的污水進行絮凝沉淀,澄清很有效。如生產糧食酒精廢水,造紙廢水,城市污水處理廠的廢水,啤酒廢水,味精廠廢水,制糖廢水,有機含量高 廢水、飼料廢水,紡織印染廢水等,用陽離子聚丙烯酰胺要比用陰離子、非離子聚丙烯酰胺或無機鹽類效果要高數倍或數十倍,因為這類廢水普遍帶陰電荷。
3)用于以江河水作水源的自來水的處理絮凝劑,用量少,效果好,成本低,特別是和無機絮凝劑復合使用效果更好,它將成為治長江、黃河及其它流域的自來水廠的高效絮凝劑。
4)造紙用增強劑及其它助劑。提高填料、顏料等存留率、紙張的強度。
5)用于油田經學助劑,如粘土防膨劑,油田酸化用稠化劑。
6)用于紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。
6.沸石分子篩又稱合成沸石或分子篩,多半是鈉和鈣,n稱為沸石的硅鋁比,硅主要來自于硅酸鈉和硅膠,鋁則來自于鋁酸鈉和Al(HO)3等,它們與氫氧化鈉水溶液反應制得的膠體物,經干燥后便成沸石,一般n=2~10,m=0~9。
沸石的特點是具有分子篩的作用,它有均勻的孔徑,如3A0、4A0、5A0、10A0細孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷,而不吸附三個碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。
7.碳分子篩實際上也是一種活性炭,它與一般的碳質吸附劑不同之處,在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內,微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當,微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結構主要分布形式為:大孔直徑與碳粒的外表面相通,過渡孔從大孔分支出來,微孔又從過渡孔分支出來。在分離過程中,大孔主要起運輸通道作用,微孔則起分子篩的作用。
以煤為原料制取碳分子篩的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡單,但要制取高質量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。
碳分子篩在空氣分離制取氮氣領域已獲得了成功,在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。
8.吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細孔構造。與吸附劑細孔有關的物理性能有:
a.孔容(VP):吸附劑中微孔的容積稱為孔容,通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示(cm3/g).孔容是吸附劑的有效體積,它是用飽和吸附量推算出來的值,也就是吸附劑能容納吸附質的體積,所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積(Vk)不一定等于孔容(VP),吸附劑中的微孔才有吸附作用,所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積,一般要比VP大。
b.比表面積:即單位重量吸附劑所具有的表面積,常用單位是m2/g。吸附劑表面積每克有數百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面,吸附劑外表面是很小的。
c.孔徑與孔徑分布:在吸附劑內,孔的形狀極不規則,孔隙大小也各不相同。直徑在數埃(A0)至數十埃的孔稱為細孔,直徑在數百埃以上的孔稱為粗孔。細孔愈多,則孔容愈大,比表面也大,有利于吸附質的吸附。粗孔的作用是提供吸附質分子進入吸附劑的通路。粗孔和細孔的關系就象大街和小巷一樣,外來分子通過粗孔才能迅速到達吸附劑的深處。所以粗孔也應占有適當的比例。活性炭和硅膠之類的吸附劑中粗孔和細孔是在制造過程中形成的。沸石分子篩在合成時形成直徑為數微米的晶體,其中只有均勻的細孔,成型時才形成晶體與晶體之間的粗孔。
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