?????????????????????????????
?1.前言

能有效地從氣相或液相中吸附一種或幾種成分的固體物質(zhì)稱為吸附劑。吸附劑的共同特點(diǎn)是有大的比表面積、適宜的孔徑結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)，對(duì)吸附質(zhì)有強(qiáng)烈的選擇吸附能力，一般不與吸附質(zhì)和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制造方便、易再生，有良好的力學(xué)強(qiáng)度等。吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學(xué)成分、表面性質(zhì)等分類，如粗孔和細(xì)孔吸附劑，粉狀、粒狀、條狀吸附劑，碳和氧化物類吸附劑，極性和非極性吸附劑等。

最常用的吸附劑有以碳為基本成分的活性炭、炭黑、碳分子篩等；金屬和非金屬氧化物，如氧化鋁、沸石分子篩、黏土、硅膠的鹽類。

?2.吸附劑物性表征

1)孔結(jié)構(gòu)：大部分吸附劑和多相催化劑都有豐富的孔?？捉Y(jié)構(gòu)的含義比較廣泛、其中應(yīng)包括孔徑大小及分布、孔的形狀和類型、內(nèi)孔體積與固體總體積之比、單位質(zhì)量吸附劑的孔體積。

同一種吸附劑或不同種吸附劑的孔，其大小和形狀都有很大變化。通常對(duì)孔的大小以孔的寬度表征。如圓孔寬度即為直徑，重疊板形孔的寬度為其板間距?？状笮〉姆诸愑校嚎讓挾刃∮?FONT face="Times New Roman">2nm的為微孔，孔寬度在2~50nm之間為中孔，孔寬度大于50nm為大孔?？讖椒植?、比孔容、孔隙率也常用來表征孔結(jié)構(gòu)。

微孔寬度與大多數(shù)氣體分子和有機(jī)小分子的大小接近，在微孔中吸附分子受到周圍孔壁的疊加相互作用，使其吸附勢能比在平面上和大孔中的大得多。這種高吸附勢能的表現(xiàn)是在微孔中的微分吸附熱高；在低平衡壓力時(shí)微孔吸附劑仍可保持相當(dāng)大的吸附力。微孔吸附劑的主要參數(shù)不是比表面而是微孔孔徑和微孔容積，微孔孔徑限制了能被吸附分子的大小，微孔體積決定了最大吸附能。

中孔的寬度較一般分子大得多。在中孔吸附劑上表面與吸附分子的作用限于距表面不遠(yuǎn)的距離內(nèi)，在表面上可發(fā)生單分子層或多分子層吸附。中孔吸附劑最重要的參數(shù)是比表面，它決定了吸附量的大小。

大孔的寬度過大，以至于在這類吸附劑上吸附與在平表面上無異，在大孔上不發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)。一般來說，很少有單純含大孔的吸附劑，大孔只是通向吸附劑中孔或微孔的通道。少量的大孔吸附劑多用作色譜擔(dān)體。

2)孔隙率：開孔孔隙體積占樣品總體積的百分?jǐn)?shù)稱為孔隙率，也稱氣孔率、孔度。對(duì)于同一類吸附劑，孔隙率越大吸附能力越強(qiáng)。

3)比表面積：單位體積或單位質(zhì)量固體的表面積稱為比表面積。但是，對(duì)于吸附劑和催化劑通常更為明確地定義為1g固體的總表面積，通常用單位m2/g?。

?形狀規(guī)則和無孔固體的比表面可采用測量固體的大小來計(jì)算比表面。如半徑均勻的聚苯乙烯膠乳，可用不同手段準(zhǔn)確測出半徑、根據(jù)單位質(zhì)量膠乳中含有的粒子數(shù)計(jì)算出比表面。對(duì)于空性吸附劑，測定比表面可采用氣體吸附法、溶液吸附法、潤濕熱法進(jìn)行測定。

4)密度：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量成為密度。對(duì)于多孔性或粉狀吸附劑，因采用不同的含義或采用不同的方法度量物體體積，故可有表觀密度、堆積密度和真空密度之分。

5)粒度：粒度是指粒子大小，但由于對(duì)粒子的定義和分類有多種，故粒度的定義比較含混。利用化學(xué)反應(yīng)的方法得到的最初由若干個(gè)原子、分子或離子構(gòu)成的晶粒，稱為初級(jí)粒子或一次粒子，這種粒子的大小一般小于100nm。由若干一次粒子聚集而成的聚集體稱為二次粒子，其大小與形成一次粒子時(shí)介質(zhì)中的可溶性物質(zhì)及以后加入的添加劑性質(zhì)、濃度等因素有關(guān)。由此，粒度可視為顆粒在空間范圍內(nèi)的線性尺度，球形顆粒粒度即為其直徑，非球形顆粒粒度可用相當(dāng)?shù)那蛐蔚闹睆綖槠淞６?。?duì)于遠(yuǎn)非球形的顆粒有時(shí)也可用其幾何量和流體力學(xué)直徑等表示其粒度;實(shí)驗(yàn)室中常用的粒度測定方法有篩分分析法、顯微鏡法、沉降分析法和比表面法。

?3.常用吸附劑的特性及吸附機(jī)理

3.1活性炭

?活性炭是一種最常見的黑色大表面多孔性吸附劑，其主要成分為無定形碳，還有少量的氫、氧、氮、硫及灰分。作為優(yōu)良的吸附劑，活性炭具有以下特點(diǎn)：

?1)大的比表面，活性炭的比表面通常在每克幾百平方米以上，大的比表面提供了大吸附能力的條件。

?2)發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。按常規(guī)工藝制備的活性炭均有豐富的微孔，由于微孔的大小與吸附分子大小近于同數(shù)量級(jí)，故吸附分子受到四周孔壁的疊加吸附作用力，故可有大的吸附量，最大吸附量與微孔體積相等。

?3)活性炭具有碳的六角形排列的網(wǎng)狀平面組成的微晶群和無規(guī)則碳的結(jié)構(gòu)，使其對(duì)吸附分子有強(qiáng)烈的色散力作用。同時(shí)，活性炭表面的含氧基團(tuán)和雜原子對(duì)某些吸附分子有極性作用。因此，活性炭既可吸附非極性分子又可吸附某些極性分子。

4)活性炭具有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸和堿。具有一定的力學(xué)強(qiáng)度、易再生、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

3.2硅膠

?硅膠是無定性結(jié)構(gòu)的硅酸干凝膠，有豐富的孔結(jié)構(gòu)和大的比表面，是常用的極性吸附劑。

硅膠是典型的極性吸附劑，可自非極性或弱極性溶劑中吸附極性物質(zhì)，主要應(yīng)用于氣體干燥、蒸汽回收、有機(jī)液體脫水、石油精制等，也常用作色譜載體、多相催化劑載體。

硅膠的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸但不耐堿。在硅膠上一般都是物理吸附，化學(xué)吸附較少。

?? 3.3沸石分子篩???

沸石分子篩是天然或人工合成的含堿金屬和堿土金屬的氧化物的結(jié)晶硅鋁酸鹽。一般將天然的分子篩稱為沸石分子篩，沸石分子篩有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)和孔隙，孔隙大小因結(jié)構(gòu)差異略有變化，從而可達(dá)到對(duì)不同分子大小物質(zhì)的分離，故而得名，天然礦物沸石在常溫下孔隙中充滿水，加熱時(shí)水析出，沸石氣泡沸騰，故而稱為沸石。

沸石分子篩是優(yōu)良的吸附劑，主要表現(xiàn)在對(duì)水等極性小分子有強(qiáng)烈的吸附能力；對(duì)于臨界直徑、形狀、極性、不飽和度等不同的分子有選擇性吸附能力。

? 3.4活性氧化鋁

作為吸附劑的氧化鋁，通常稱為活性氧化鋁?；钚匝趸X具有大的比表面和豐富的孔結(jié)構(gòu)，有較好的熱穩(wěn)定性和一定的表面酸性，廣泛用于煉油、化肥、石油化工等領(lǐng)域，作為干燥劑、吸附劑、催化劑或其載體。

活性氧化鋁的表面性質(zhì)，如較大比表面和豐富的孔結(jié)構(gòu)、較大的表面羥基濃度、表面的兩性性質(zhì)、表面帶電性質(zhì)，使其對(duì)某些物質(zhì)具有良好的吸附能力。

? 3.5黏土?

?是巖石經(jīng)風(fēng)化而形成的具有一定晶體結(jié)構(gòu)的天然礦物質(zhì)，黏土的成分和結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜，其中有些黏土具有較大的比表面和孔隙結(jié)構(gòu)，可作為天然吸附劑和離子交換劑。

黏土礦物按其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為三類：1)有膨脹晶格的層狀礦物。此類黏土有較豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面，有較好的吸附和離子交換能力。此類黏土的代表是蒙脫土，也稱斑脫土或膨潤土。2)有纖維狀曾帶晶體結(jié)構(gòu)的礦物。此類黏土微孔較少，為提高其吸附能力需進(jìn)行活化、代表性黏土有海泡石、石棉、凹凸棒土等。3)剛性晶格的層狀礦物。此類黏土晶層間細(xì)小，水和極性分子不能進(jìn)入，無膨脹性，無微孔，比表面小。代表品種有高嶺土、滑石、葉臘石等。從吸附能力大小來說，黏土可分為有吸附活性的黏土和無吸附活性的黏土兩大類。有吸附活性的黏土又可分為天然有吸附活性（如漂白土）和活化后才有活性的（如蒙脫土）兩種。高嶺土是無吸附活性黏土的代表。因此，在眾多黏土礦物中高嶺土和蒙脫土最為重要。