吸附方面的综述

复单元间的规则性和有序性。木质素是由苯基丙烷单元通过醚键和碳-碳键联接而成的高分子化合物，它具有甲氧基、羟基和羰基等多种功能基，还含有不饱和的双键。

根据对木质素不同用途和不同要求，可对木质素进行不同的改性处理，通过木质素中的酚羟基引入各种化学基团以满足产品需要。改性方法主要有：酚化、羟甲基化、氧化、环氧化、酚醛化、脲醛化等。木质素基吸附材料是木质素高值化利用的途径之一。从20 世纪50 年代以来，许多研究者致力于木质素吸附性能的研究和木质素基吸附材料的研制，包括木质素基离子交换树脂、木质素基碳质吸附剂、木质素基重金属吸附剂等。改性木质素类吸附剂一般以粉状和细微颗粒为主，孔结构不好，水力学性能差，难以在实际的废水处理中大规模使用。而球形木质素吸附剂不仅具有疏松和亲水性网络结构的基体，并具有表面积大、通透能力和水力学性能好等优点，很适合于床式吸附处理(固定床、移动床和流动床)的需要。因此，球形木质素吸附剂是改性木质素类吸附剂研究的一个趋势。木质素来源于天然植物资源，具有许多潜在的反应活性，不仅可以用作合成高分子的原料，而且得到的合成高分子还具有环境友好的特征。随着石油化工原料的日益紧缺，利用木质素合成吸附分离材料的研究越来越具有实际意义。 ⑤改性壳聚糖类吸附剂：壳聚糖是甲壳素经化学法处理脱乙酰基后的产物，是自然界仅次于纤维素的第二大天然高分子化合物，来源极其丰富。作为一种天然线形高分子碱性多糖，壳聚糖具有无毒无味，生物相容性好的特点，壳聚糖分子链的糖残基上既有羟基也有氨基，易改性，而且与其他吸附剂相比，壳聚糖具有吸附容量大、净化效率高、用量少、使用寿命长、可再生和不造成二次污染等优越性，因此壳聚糖被认为是水处理领域中最具潜力的环境友好型吸附材料。

近年来，壳聚糖作为一种新型的分离材料，在水处理、药物吸附等方面得到了广泛关注。改性壳聚糖方面的研究越来越多。壳聚糖的改性主要利用分子中的多种官能团的反应活性，可以发生接枝共聚化反应、羧甲基化反应、酰化反应、N-烷基化反应、酯化反应、交联反应、氧化-还原反应等反应，生成一系列壳聚糖衍生物，赋予壳聚糖新的性能。壳聚糖作为一种具有优良性能的天然高分子材料，广泛应用于各行业，但由于分子结构中的氨基能与羟基形成强的分子间氢键，壳聚糖存在着只能溶于酸性水溶液中，不能溶于水和有机溶剂；在酸性储存会发生分解，使分子量下降；在弱酸性介质中易发生沉淀等问题，妨碍了它的应用领

域和范围。 2.2.2生物吸附剂

此外，近年来还兴起生物吸附剂用来吸附水中的重金属。藻类、细菌、真 菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果 2.3吸附剂的再生

在吸附剂进行一段时间的吸附使用之后，由于表面吸附质的浓集甚至达到饱和，使其吸附能力下降，而不能满足吸附净化的要求时，为了重复使用吸附剂或回收有效成分，此时就需要采取一定措施，使吸附剂上已吸附的吸附质脱附，以恢复吸附剂的吸附能力，这个过程叫吸附剂的再生。吸附剂的再生，可改善循环操作的条件，减少能量的消耗，使间歇的吸附分离过程成为连续或半连续的操作过程，以提高过程的生产强度和处理能力，从而弥补吸附剂为固体和吸附容量较低的缺点。一般常用吸附剂再生方法有以下几种：

①升温：升高温度，同一浓度下的吸附容量将随之下降，因此部分已吸附的吸附质将从吸附剂表面解吸出来，吸附质借助于吹扫气从吸附床层中被运送出来。变温吸附就是基于这种再生方法进行的。可以采用过热水蒸汽、烟道气、电感加热和微波加热等方法加热吸附剂床层，加热过程中必须严格控制温度，以免吸附剂失活或晶体结构破坏。升温脱附方法的缺点在于，必须将吸附床层再次冷却、干燥才能再次应用，这就需要增加再生时间和能量消耗。

②降压：通过降低吸附总压，从而降低吸附质分压，压力降低，吸附容量也将随之下降。应用这个原理，进行吸附脱附操作过程，我们称之为变压吸附（Pressure Swingadsorption，PSA）。在降压脱附过程中，采用小流量的吹扫气，将因降压而超出平衡吸附量的脱附物质运送出来，达到吸附剂再生的目的。根据压力大小变化的不同，变压吸附循环可以是常压吸附、真空解吸，加压吸附、常压解吸，加压吸附、真空解吸等几种方法。对一定的吸附剂而言，压力变化越大，吸附质脱除得越多，吸附剂再生也就越完全。但是，压力变化越大消耗的能量越多。

变压吸附是基于吸附剂的降压再生而产生的。它是以吸附剂在不同压力条件下对混合物中不同组分平衡吸附量的差异为基础，在(相对)高压下进行吸附，在(相对)低压下脱附，从而实现混合物分离目的的操作过程。

③置换：在恒温恒压下，已吸附饱和的吸附剂可用与吸附剂亲和性更强的溶

剂冲洗，将床层中已吸附的吸附质置换出来，同时吸附剂得到再生。常用的溶剂有水、有机溶剂等各种极性或非极性物质。考虑到溶剂的易得和廉价，常用饱和或过热的水蒸汽加热和冲洗同时进行的方法。

④吹扫：利用吹扫气与吸附状态的吸附质的浓度梯度，促使吸附态吸附质由吸附剂表面向气相主体扩散。脱附过程需吸收热能，将引起床层温度下降，而导致脱附曲线后移，脱附量减少。为此，在使用吹扫气脱附时，往往同时采取升温降压措施。

吸附剂再生方法的选择应根据吸附质—吸附剂体系的性质，吸附平衡曲线的具体情况加以选择。如果改变压力，吸附剂的吸附容量变化大，则可以选择变压吸附方法；如果改变温度，物质的吸附容量变化较大，则应选择变温吸附。

3.影响吸附的因素

3.1影响气体吸附的因素

①操作条件：温度和压力对吸附有影响，适当升高温度有利于化学吸附，低温有利于物理吸附，温度对气相吸附的影响比对液相吸附的影响大。对于气体吸附，压力增加有利于吸附，压力降低有利于解吸。

②吸附剂的性质：吸附剂的性质如孔隙率，孔径，粒径等影响比表面积，从而影响吸附效果。

③吸附质的性质与浓度：对于气相吸附，吸附质的临界直径，相对分子质量，沸点，饱和性等影响吸附量，对于液相吸附，吸附质的分子极性，相对分子质量，在溶剂中的溶解度等影响吸附量。

④吸附剂的活性：吸附剂的活性是吸附剂附能力的标志，常以吸附剂上所吸附的吸附质量与所有吸附剂量比的百分数来表示，其物理意义是单位吸附剂所能吸附的吸附质量。

⑤接触时间：吸附操作时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附剂的吸附能力。 ⑥吸附器的性能。 3.2溶液中的吸附影响因素 ①溶质（吸附质）的性质

（1）溶质和溶剂之间的作用力：溶质在水中的溶解度越大，溶质对水的亲和力就越强，就不易转向吸附剂界面而被吸附，反之亦然。有机物在水中的溶解度

一般与分子结构和大小有关，并随着链长的增加而降低。

（2）溶质分子的大小：Tranbed定律认为，大尺寸输水分子的斥力增加了水-水间的键合，因此随着吸附质相对分子质量的增加，吸附量增加。但吸附速率受颗粒内扩散速率控制时，吸附速率随着相对分子质量的增加而降低，低相对分子质量的有机物反而容易被去除。

（3）电离和极性：简单化合物，非解离的分子较离子化合物的吸附量大，但随着化合物结构的复杂化，电离对吸附的影响减小。 ②吸附剂的性质

吸附量的多少随着吸附剂表面积的增大而增加，吸附剂的孔径、颗粒度等都影响表面积的大小，从而影响吸附性能。不同的吸附剂，用不同的方法制造的吸附剂，其吸附性能也不能相同，吸附剂的极性对不同吸附质的吸附性能也不一样。 ③溶液的性质

（1）pH：pH对吸附质在溶液中存在的形态（电离、络合）和溶解度均有影响，因而对吸附性能也产生影响。水中的有机物一般在低pH时，电离度较小，吸附去除率高，活性炭吸附剂在低pH时，表面上的负电荷将随着溶液中氢离子浓度的增加而中和，使活性炭具有更多的活化表面，吸附性能变得更好。

（2）温度：因吸附反应通常是放热的，因此温度越低对吸附越有利，但是在水处理中，一般温度变化不大，因而温度的影响往往很小，常常可以不加考虑。

（3）共存物质：其影响比较复杂，有的可以相互诱发吸附，有的能独立地被吸附，有的则相互起干扰作用。水溶液中，有相当于天然水含量的无机离子共存时，对有机物的吸附几乎没有什么影响。当有汞、铬、铁等金属离子在活性炭表面氧化还原发生沉淀时，会使活性炭的孔径变窄，其结果妨碍了有机物的扩散。悬浮物会堵塞吸附剂的空隙，油类物质会在吸附剂表面形成油膜，均对吸附剂有很大影响。

4.吸附动力学原理

4.1扩散

实际物理吸附发生很快(毫秒达到平衡)，但吸附质从流体主体到吸附剂的吸附位吸附,需有一定时间，此过程通常称为吸附动力学。

影响吸附质传质阻力的因素有：吸附剂外面的流体界面膜、吸附剂内的大孔和微孔扩散(孔和表面扩散)以及吸附引起的温度变化。