吸附是应用多孔性固体吸附剂处置气体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体外表上，从而到达别离的目的。吸附操作已普遍使用于根本无机化工、石油化工等消费部门，成为一种必不可少的单元操作。吸附办法在环境工程中也失掉普遍的使用。由于吸附剂的选择性高，它能分开其他办法难以分开的混合物，无效地肃清浓度很低的无害物质，污染效率高，设备复杂，操作方便，所以该法特别合适于室内空气中的挥发性无机化合物、氨、H2S、S02、Nox。和氡气等气体形态净化物的污染。1 、 吸附进程与吸附剂 (1)物理吸附与化学吸附吸附是一种固体外表景象。固体外表的分子与固体内的分子所处的地位不同，其外表上的分子至多有一侧是空着的，处于力不均衡态，因而固体外表力是不饱和的，对外表左近的气体(或液体)分子有吸力，即吸附作用。气体在固体外表上的吸附，可分为物理吸附和化学吸附，两者是完全不同的。 a．物理吸附物理吸附是用多孔性和外表积大的活性炭、硅胶、氧化铝和分子筛等作为无害气体吸附剂，无害气体与固体吸附剂依托范德华力的吸引作用而被吸附住。它可以是单层吸附，亦可是多层吸附。次要用于去除空气中的氨气、二氧化碳、硫化氢和挥发性无机化合物等。 物理吸附的特征是： ①吸附质与吸附剂间不发作化学反响； ②对去除二氧化氮、一氧化碳的效果不大，除臭也比拟困难； ③吸附进程极快，参与吸附的各相问经常霎时到达均衡； ④吸附进程为低放热反响进程，放热量与相应气体的液化热相近，因而物理吸附可看成是气体组分在固体外表上的凝聚； ⑤吸附剂与吸附质问的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度降低时，被吸附气体很容易从固体外表逸出，而不改动气体原来的性状，易形成二次净化； ⑥吸附到达饱和后，用水蒸气脱附，再生的活性炭可循环运用。 用活性炭吸附沸点高于o℃的无机物，如大局部醛类、酮类、醇类、醚类、酯类、无机酸、烷基苯类和卤代烃类，即属物理吸附法。随着无机物分子尺寸和质量的添加，活性炭对它们的吸附才能加强。 b．化学吸附化学吸附已被普遍用于去除室内空气中无害气体的范畴。因吸附剂与吸附质之间的化学键力而惹起，是单层吸附，吸附需求一定的活化能。以活性炭、氧化铝和分子筛等作为载体，需浸泡某些活性化学物质，或与这些化学物质混合，经过一定工艺处置成型，制成复合污染资料。化学吸附的吸附力比物理吸附强，次要特征是： ①吸附有很强的选择性，且吸附是不可逆的； ②吸附速率较慢，到达吸附均衡需相当长工夫； ③降低温度可进步吸附速率，且不会惹起脱附作用； ④对多种臭气或净化物浓度较低时，去除效果也很好。 关于沸点低于o℃的气体，如甲醛、乙烯等，吸附到活性炭上较易逃逸，这时就要用化学处置的活性炭或许活性氧化铝之类来停止吸附处置。例如，用溴浸渍炭去除乙烯和丙烯，用硫化钠浸渍炭去除甲醛，用高锰酸钾浸渍的活性氧化铝去除乙烯等，皆属于化学吸附。 该当指出，同一净化物能够在较高温度下发作物理吸附，而在较低温度下发作化学吸附，即物理吸附发作在化学吸附之前，当吸附剂逐步具有足够高的活化能后，才发作化学吸附。亦能够两种吸附同时发作。 (2)吸附剂 a．对吸附剂的要求吸附剂的选择十分关键，如何选择、运用和评价吸附剂，是吸附操作中首先要处理的成绩。关于吸附剂的普通要求是： ①吸附容量大； ②吸附速度快； ③吸附临界层要很薄； ④对不同的吸附质具有选择性吸附作用，只从气流中别离出欲去除的物质；⑤受绝对湿度变化影响小； ⑥气体阻力小； ⑦来源普遍，本钱昂贵。 b．常用吸附剂 常用的吸附剂有活性炭和活性炭纤维两种，它们的吸附原理和工艺流程根本相反。其他的吸附剂，如活性氧化铝、分子筛和硅胶等，也已在工业上失掉使用，但因费用较高而限制了它们的普遍运用。 ①活性炭 活性炭是许多具有吸附功能的碳基物质的总称。简直一切的含碳物质，如煤、木材、锯木、骨头、椰子壳、果核、核桃壳等，在低于600℃下停止炭化，所得残炭再用水蒸气、热空气，或氯化锌、氯化镁、氧化钙和硫酸作活化剂停止处置，都可制得活性炭。其中最好的原料是椰子壳，其次是核桃壳或水果核等。 活性炭良好的吸附功能归因于其丰厚的孔构造。活性炭具有较大的比外表积，其大局部来源于微孔，微孔合适小分子的吸附，而中孔合适吸附色素分子之类的大分子。大孔和中孔是通向微孔的被吸附分子的分散通道，它支配着吸附别离进程中吸附速率这一重要要素。 ②活性氧化铝 活性氧化铝是由含水氧化铝，经加热脱水活化而制成，有粒状、片状和粉状三种。与其他吸附相比，其机构强度较高。 ③硅胶硅胶是一种硬而多孔的固体颗粒，其分子式为si02·规H20。制备办法是将水玻璃(硅酸钠)溶液用酸处置，沉淀后失掉硅酸凝胶，再经老化、水洗(去盐)、枯燥而得。硅胶是工业和实验室常用的吸附剂，其特征是空隙大小散布平均，亲水性强，它从气体中吸附的水量可达本身质量的50％。 c．活性炭纤维 活性炭纤维具有优良的构造与功能特征，其比外表积大，孔径散布高，是近几年来迅速开展起来的一种新型高效吸附资料。由于活性炭纤维的表面面积、比外表积均比粒状活性炭大，所以其吸附速率和解吸速率也比粒状活性炭大得多。同时因阻力小，气体或液体易于经过，所以作为活性炭的新种类，活性炭纤维在室内空气污染方面的使用遭到人们的普遍关注。 活性炭纤维(activated carbOn fibet。，ACF)是无机纤维经低温炭化活化制备而成的一种多孔性纤维状吸附资料。活性炭纤维与普通碳纤维的区别在于：前者的比外表积高，约为后者的几十至几百倍；炭化温度较低(通常低于1000℃)，拉伸强度小于50()MPa。而且此类碳纤维经活化后构成的活性炭纤维外表存在多种含氧官能团。 活性炭纤维是20世纪60年代随着碳纤维工业而开展起来的。活性炭纤维首先以编织方式制备，黏性编织物被用作前驱体，热解并经活化而制成活性炭纤维织物。随后，相继研制出黏胶基、酚醛基、聚氯乙烯基、PVA基、聚酰亚胺基、聚苯乙烯等活性炭纤维，并普遍使用于各个范畴。 目前，已构成工业规模的活性炭纤维包括纤维素纤维、酚醛树脂纤维、聚丙烯腈纤维、沥青系纤维基活性炭纤维等多个种类。活性炭纤维的制备包括预处置、炭化和活化三个阶段。预处置的目的是使某些纤维在低温炭化时不致熔融分解，以及能改善产品的取得率和功能。普通采用两种预处置办法：一种是高温预氧化，使其构成波动的构造(如对聚丙烯腈、沥青纤维)；另一种是运用无机纤维浸渍无机盐溶液，进步纤维的热波动性或降低纤维的炭化温度(如对黏胶纤维)。不同纤维采用不同预处置进步其低温波动功能的原理已有许多研讨。炭化是在惰性氛围中加热升温，扫除纤维中可挥发的非碳组分，残留的碳经重排，部分构成类石墨微晶。活化是指炭化纤维经活化剂处置，发生少量的空隙，并随同比外表积增大和质量损失，同时构成一定活性基团的进程。活化进程是控制活性炭纤维构造功能的关键。常用的活化剂有热的水蒸气或二氧化碳，也有采用其他化学物质，如一些金属氯化物、强酸强碱等停止活化的。前者习气上称为物理活化，后者习气称为化学活化。活化普通在600～1000℃温度下停止，活化工夫普通为10～100min。用氧化性气体对碳纤维停止活化，普通以为它们首先与比拟生动的无定形碳停止化学反响。 C+02——C02 2C+02——2CO C+H2o一CO+H2 C+2H20一C02+2H2 C+C02—2CO 活化进程中，并非一切的外表碳原子都被蚀刻而使纤维的直径变细，而是氧化剂选择性地与非晶碳、晶格缺陷处和晶棱上的碳发作反响，构成挥发性气体而使碳耗费，并向纵深处蚀刻，在纤维上留下孑L洞。化学活化的机理有所不同，温度也较低，因此可取得高的收率。或路易斯酸碱等化学活化剂的作用是催化无机纤维在高温下发作脱水、裂解一交联反响，并在碳纤维中占据一定的空间，当温度进一步降低时，这些化学活化剂成为气体挥发，而留下丰厚的孔洞。活性炭纤维次要由碳原子组成，在炭化活化时，原纤维的构造被毁坏，碳物质芳构化，部分构成类石墨微晶。x射线衍射谱在2口一23。左近呈现强的衍射宽峰，在45。左近呈现的衍射宽峰，标明活性炭纤维中石墨微晶的存在。但微晶片层在三维空间的有序性差，均匀微晶尺寸也较小。 活性炭纤维在外表形状和构造上与粒状活性炭(GAC)有很大的差异。粒状活性炭含有大孔、中孔和微孔，而活性炭纤维次要发育了少量的微孔，微孔的散布狭隘且平均，孔严惩少数散布在o．5～1．5。mm之间，微孔体积占总体积的90％左右，如图4—2所示。因而，活性炭纤维具有很大的比外表积，少数为800～1500m2／g，适当的活化条件可使比外表积达3000m2／g。改动活化条件，可以改动所得ACF的孔构造，制造孔径从亚纳米级的活性炭纤维至纳米级的通用活性炭纤维。要使在ACF中构成中孑L，可采用在原纤维中添加金属化合物再炭化、活化，或ACF添加金属化合物后二次活化等办法。基活性炭；SA(：F剑麻基活性炭纤维；HPsAcF用磷酸活化的剑麻基活性炭纤维 ACF吸附无机物或其他吸附质后，其孔构造会发作变化。活性炭纤维的次要成分是碳，但也存在一些微量的杂质原子，包括O、H，此外，还有N、s等。它们与碳结合构成相应的官能团，其中以含氧基团在活性炭纤维外表含量较为丰厚。这些含氧基团次要为羧基、羟基、羰基和内酯基；此外还有醚基、氨基、亚氨基、巯基、磺酸基、膦酸基等。其所含活化基团的品种和数量取决于原纤维资料及处置办法。经过适当的外表改性，如用氧化剂ACF，可以改动ACF外表的化学基团、品种和含量，以及改动ACF外表的亲水功能。有许多办法表征ACF的孔构造和外表化学特征，孔构造的表征有直接的办法，如等温吸附法、分子探针、x射线小角衍射、中子散射等；：直接的办法如隧道扫描显微镜(sTM)、透射电镜(TEM)等。外表化学性质的表征除传统的滴定法外，还有X射线光电子能谱(XPS)、扩展x射线吸收精密构造(EXAFS)。 与粒状活性炭相比，活性炭纤维的吸附容量大，吸附脱附速度快，再生容易，而且不易粉化。和适宜的微孔构造，对无机蒸气的吸附量比粒状活性倍甚至几十倍；对无机气体，如s02、H2 s、NO。、Co等也有很强的吸附才能；抵消沉溶液中的无机物，如酚类、染料、稠环芳烃类物质的吸附也比活性炭好得多。炭对甲苯吸脱附速度的比拟 活性炭纤维对气相物质吸附数十秒至数分钟可达均衡，液相吸附几分钟至几非常钟可达均衡。在一些状况下，比活性炭的吸附速度高2～3个数量级。活性炭纤维之所以能疾速吸附，一方面是由于它对吸附质的作用力强，另一方面是由于它的微孔直接与吸附质接触，缩 短了分散路程。另外，由ACF的直径算出其表面面积约为0.5m2／g，比粒状活性炭的0.01m2／g大得多，与吸附质的接触面积也相应大得多。因而ACF的吸、脱附速度很快，这有利于生及有用物质的回收。同时由于活性炭纤维具有强的耐酸、耐碱及耐溶剂功能，且具有一定的机械强度，故再生时不易粉化，增加了微尘的发生，不会形成二次净化。 此外活性炭纤维的吸附力强、吸附完全。活性炭纤维对无机质具有很强的互相作用力，特别适用于吸附去除低浓度的无机物，因此在室内空气污染方面的使用前景十分宽广。