8第三章第一節(jié)吸附法凈化大氣污染物

1、1第四節(jié)第四節(jié)吸附法凈化氣態(tài)污染物吸附法凈化氣態(tài)污染物氣體吸附是一種在有害氣體控制中日益獲得重視的方法。更為嚴(yán)格的環(huán)境質(zhì)量要求，特別增強(qiáng)了吸附作為一種控制方法的吸引力。吸附現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用已有悠久的歷史。吸附操作已廣泛地應(yīng)用于基本有機(jī)化工、石油化工等生產(chǎn)部門(mén)，成為必不可少的分離手段。吸附法在環(huán)境工程中得到廣泛的應(yīng)用，是由于吸附過(guò)程能有效地捕集濃度很低的有害物質(zhì)，因此，當(dāng)采用常規(guī)的吸收法去除液體或氣體中的有害物質(zhì)特別困難時(shí)，吸附可能就是

2、比較滿意的解決辦法。一般說(shuō)來(lái)，吸附在實(shí)用上和經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于有競(jìng)爭(zhēng)性的濕法工藝（如洗滌法）之處有以下幾個(gè)方面：（1）干床層、非腐蝕系統(tǒng)；（2）良好的控制和對(duì)過(guò)程變化的敏感；（3）沒(méi)有化學(xué)品的處理問(wèn)題；（4）可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行；（5）能把氣流中的污染物去除到極低的含量，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，又能回收這些污染物，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。正因?yàn)槿绱?，目前吸附操作廣泛地應(yīng)用于有機(jī)污染物的回收凈化，低濃度二氧化硫和氮氧化物的凈化處理以及其它氣態(tài)污染物的凈化上。當(dāng)然，

3、作為污水處理的一種手段，也是很重要的一個(gè)方面。吸附操作也有它的不足之處，首先，由于吸附劑的吸附容量小，因而需耗用大量的吸附劑，使設(shè)備體積龐大。其次，由于吸附劑是固體，在工業(yè)裝置上固相處理較困難，從而使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給大型生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)化、自動(dòng)化帶來(lái)一定的困難。多年來(lái)對(duì)上述存在的問(wèn)題作了大量的研究工作。在某些方面已有所突破。如分子篩的出現(xiàn)及其應(yīng)用，移動(dòng)床在工業(yè)上成功地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使設(shè)備與操作得到簡(jiǎn)化，使過(guò)程達(dá)到了連續(xù)吸附與脫附，為裝置的大型

4、化、生產(chǎn)的自動(dòng)化創(chuàng)造了條件，推動(dòng)了吸附技術(shù)的發(fā)展。一、吸附與吸附劑一、吸附與吸附劑已經(jīng)完全證實(shí)：在固體表面上的分子力處于不平衡或不飽和狀態(tài)，由于這種不飽和的結(jié)果，固體會(huì)把與其接觸的氣體或液體溶質(zhì)吸引到自己的表面上，從而使其殘余力得到平衡。這種在固體表面進(jìn)行物質(zhì)濃縮的現(xiàn)象，稱為吸附。在工業(yè)上，采用多孔物質(zhì)處理流體混合物，使其中所含的一種或幾種組分濃集在固體表面，而與其它組分分開(kāi)的過(guò)程稱為吸附操作。在吸附過(guò)程中，被吸附到固體表面的物質(zhì)叫吸附

5、質(zhì)，吸附質(zhì)所依附的物質(zhì)稱為吸附劑。應(yīng)認(rèn)真地把吸附與吸收區(qū)別開(kāi)來(lái)。吸收的特點(diǎn)是物質(zhì)不僅保持在表面，而且通過(guò)表面分散到整個(gè)相。吸附則不同。物質(zhì)僅在吸附劑表面上濃縮富集成一層吸附層（或稱吸附膜），并不深入到吸附劑內(nèi)部。由于吸附是一種固體表面現(xiàn)象，只有那些具有較大內(nèi)表面的固體才具有較強(qiáng)的吸附能力。例如比重為5的氧化鐵園粒，半徑為5μm，其表面積只有12m2g，并不具有實(shí)用3應(yīng)當(dāng)指出，同一物質(zhì)在較低溫度下可能發(fā)生的是物理吸附，而在較高溫度下所發(fā)生

6、的往往是化學(xué)吸附。即物理吸附常發(fā)生在化學(xué)吸附之前，到吸附劑逐漸具備足夠高的活性，才發(fā)生化學(xué)吸附。亦可能兩種吸附方式同時(shí)發(fā)生。2、吸附劑、吸附劑雖然吸附現(xiàn)象早已為人們發(fā)現(xiàn)和熟知，但是作為工業(yè)上應(yīng)用則是近幾十年的事情。從理論上講，固體物質(zhì)的表面對(duì)于流體都具有一定的物理吸附作用。但要達(dá)到工業(yè)上的使用要求，還需要有一個(gè)選擇與評(píng)價(jià)的問(wèn)題，這是吸附操作中首先要解決的問(wèn)題。（1）工業(yè)吸附劑的要求①要有巨大的內(nèi)表面積和大的孔隙率也就是說(shuō)，吸附劑必須是具

7、有高度疏松結(jié)構(gòu)和巨大暴露表面的多孔物質(zhì)。只有這樣，才能給吸附提供很大的表面。吸附劑的有效表面包括顆粒的外表面和內(nèi)表面，而內(nèi)表面總是比外表面大得多，例如硅膠的內(nèi)表面高達(dá)600ｍ2ｇ，活性炭的內(nèi)表面可高達(dá)1000ｍ2ｇ。這些內(nèi)部孔道通常都很小，有的寬度只有幾個(gè)分子的直徑，但數(shù)量極大。這是由吸附劑的孔隙率決定的。因此，要求吸附劑要有很大的孔隙率。除此之外，還要求吸附劑具有合適的孔隙和分布合理的孔徑，以便吸附質(zhì)分子能到達(dá)所有的內(nèi)表面而被吸附。②

8、對(duì)不同的氣體要有選擇性的吸附作用工業(yè)上應(yīng)用吸附劑的目的，就是為了對(duì)某些氣體組分有選擇地吸附，從而達(dá)到分離氣體混合物的目的。因此要求所選的吸附劑對(duì)所要吸附的氣體具有很高的選擇性。例如活性炭吸附二氧化硫（或氨）的能力，遠(yuǎn)大于吸附空氣的能力。故活性炭能從空氣與二氧化硫（或氨）的混合氣體中優(yōu)先吸附二氧化硫（或氨），達(dá)到凈化廢氣的目的。③吸附容量要大吸附劑的吸附容量是指一定溫度下，對(duì)于一定的吸附質(zhì)濃度，單位質(zhì)量（或體積）的吸附劑所能吸附的最大吸附

9、質(zhì)質(zhì)量。吸附容量大小的影響因素很多，它包括吸附劑的表面大小，孔隙率大小和孔徑分布的合理性，還與分子的極性以及吸附劑分子上官能團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)。④要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性吸附劑是在溫度、濕度和壓力條件變化的情況下工作的，這就要求吸附劑有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，對(duì)于用來(lái)吸附腐蝕性氣體時(shí)，還要求吸附劑有較高的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)采用流化床吸附裝置時(shí)，對(duì)吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度要求更高，主要原因是在流化狀態(tài)下運(yùn)行，吸附劑的磨損大。⑤顆粒度要適中