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技術(shù)文章

無煙煤濾料的吸附平衡線

閱讀：729發(fā)布時間：2013-4-18

 

  • 吸附是與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)、吸附劑的表面特性及其他多種條件相關(guān)的復(fù)雜現(xiàn)象。目前，對單組分氣體的吸附研究比較透徹，其他像混合氣體的同時吸附、液相吸附等的機理尚未充分了解，一此相關(guān)的理論在應(yīng)用上都有一定的局限性。對于物理吸附，當(dāng)無煙煤濾料吸附劑表面的引力大于氣體分子的熱運動產(chǎn)生的反作用力時，氣體在吸附劑表面發(fā)生凝聚。平衡狀態(tài)下吸附劑上吸附質(zhì)的分壓等于氣相中該組分的分壓，氣相分壓下降或溫度上升則被吸附的氣體很容易地從吸附劑表面發(fā)生脫附。工業(yè)化吸附操作過程中，吸附質(zhì)的回收、吸附劑的再生利用都是基于這種原理。
  • 在一定條件下，吸附劑與吸附質(zhì)接觸時，吸附質(zhì)會在吸附劑上發(fā)生凝聚，與此同時，凝聚在吸附劑表面的吸附質(zhì)也會向氣相中逸出。當(dāng)兩者的變化速率相等.吸附質(zhì)在氣固兩相中的濃度不再隨時間發(fā)牛變化時，稱這種狀態(tài)為吸附平衡狀態(tài)。當(dāng)氣體和固體的性質(zhì)一定時，平衡吸附量是氣體壓力及溫度的函數(shù)q=f（p，T）式中，q為平衡吸附量，kg（吸附質(zhì)）/kg（吸附劑）或kmol（吸附質(zhì)） /kg（吸附劑）。
  • 通常情況下，無煙煤濾料吸附量隨溫度的上升而減少，隨壓力的升高而增大。低溫、高壓情況下吸附量大，極低溫情況下吸附ulq顯著增大。在恒定溫度下。吸附劑的平衡吸附量q與吸附質(zhì)在氣相中的組分分任P的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。許多學(xué)者提出了描述等溫吸附條件下吸附量與壓力的關(guān)系式，稱為等溫吸附方程。具有代表性的等溫吸附方程全要有以下幾種。
    1. Freundlich方程：以q表示平衡吸附量，A表示吸附質(zhì)的分壓，q與p的關(guān)系可以衷示為q=kp1/n 式中，k為常數(shù);n為常數(shù)，1/n式表明吸附量與吸附質(zhì)分壓的1/n次方成正比。由于吸附等溫線的斜率隨吸附質(zhì)分壓的增加有較大變化，該方程往往不能描述整個分壓范圍的平衡關(guān)系，特別是在無煙煤濾料低和高壓區(qū)域內(nèi)不能得到滿意的實驗擬合效果。
    2. Langmuir方程
      Lxngmui:的研究認為固體表面的原子或分子存在向外的剩余價力，它可以捕捉氣體分子。這種剩余價力的作用范圍與分子直徑相當(dāng)，因此吸附劑表面只能發(fā)生單分子層吸附.該方程推導(dǎo)的基本假定為:a.吸附劑表面性質(zhì)均一每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子；b氣體分子在固體表面為單層吸附；c.吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相;d.吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于掖體的蒸發(fā)過程。達到吸附平衡時，脫附速度等于吸附速度；e.氣體分子在固體表面的凝結(jié)速度正比于該組分的氣相分壓;f.吸附在固體表面的氣體分子之問無作用力。
      設(shè)吸附劑表面覆蓋率為0，為吸附劑表面所有吸附點均被吸附質(zhì)覆蓋時的果殼活性炭吸附量，即飽和吸附IR。氣體的脫附速率與0成正比，可以表示為kaO,氣體的吸附速率與剩余吸附面積〔1-0）和氣體分壓成正比，可以表示為k,p（1-0）。吸附達到平衡時，吸附速率與脫附速率相等，為吸附速率常數(shù);kd為脫附速率常數(shù)。當(dāng)氣相中吸附質(zhì)分壓較高，接近飽和蒸汽壓時，該方程產(chǎn)生偏差。這是由于這時的吸附質(zhì)可以在微細的毛細管中冷凝，單分子層吸附的假設(shè)不再成立的緣故。
    3. BET方程：該方程式是山 Brunauer, Emmett和ler等基于多分子層吸附模型推導(dǎo)出來的。BET理論認為吸附過程取決于范德瓦耳斯力。由于這種力的作用，一層以后，再一層一層吸附下去，只不過逐漸減弱而已。BET可使吸附質(zhì)在吸附劑表而吸附方程的表示形式為：式中，q為吸附量，kg（吸附質(zhì)）/kg（吸附劑），qm為吸附劑表面*被吸附質(zhì)的單分子層覆蓋時的吸附量，kg（吸附質(zhì)）/kg（吸附劑）;Po為吸附質(zhì)組分的飽和蒸汽壓，Pa; k1,為常數(shù)，其值與溫度、吸附熱和冷凝熱有關(guān)。BET方程中有兩個需要通過實驗測定的參數(shù)（qm和kb），該方程的適應(yīng)性較廣，可以描述多種類型的吸附等溫線，但在吸附質(zhì)分壓很低或很高時會產(chǎn)生較大誤差。

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