常見吸附工藝類型有間歇吸附、固定床吸附、移動床吸附、流化床吸附、連續式吸附與脫附。吸附材料又可按化學結構、吸附機理、形態和孔結構分析等進行分類。詳細可看一文:盤點常見吸附劑種類和性質。吸附是一個表面傳質過程,當氣體或液體與固體接觸時,在固體表面上氣體或液體的分子會產生凝聚。利用多孔固體物質的選擇性吸附分離和凈化氣體或液體混合物的過程稱為吸附分離。根據吸附的作用力不同,可將吸附過程分為物理吸附(吸附作用力為范德華力)與化學吸附(吸附作用力為化學鍵合力)。一個完整的吸附分離過程通常是由吸附與解吸(脫附)循環操作構成,由于實現吸附和解吸操作的工程手段不同,過程分變壓吸附和變溫吸附。
活性炭,沸石和硅膠等吸附劑被廣泛應用于噸級規模的吸附分離方法。吸附分離是最有效和最經濟的分離技術。如何完整理解發生在固定床反應器中的復雜過程,是獲得最佳分離性能的關鍵。美國康塔儀器競爭性氣體吸附儀提供一個獨特的、安全的、易于使用的平臺,可以研究任意復雜的動態吸附過程。這個平臺上具有寬泛的溫度和壓力范圍,可以調節氣體流速和明確氣體組分,從而模擬真實的工藝條件來研究吸附劑。
雖然表面積和孔徑對于衡量吸附劑的能力非常重要,但它并不能指出在競爭性氣體存在時,吸附劑/吸附氣體系統將如何表現,而這是新材料在用于氣體分離設計時所必需的。例如,某一材料在任何其他氣體不存在時,可以非常有效地吸附CO2,但是在O2或N2等其它氣體存在下,它的吸附效能就會大幅降低。測量吸附熱能看出這方面的跡象,但穿透曲線將消除任何疑慮。

康塔儀器吸附穿透曲線實驗結果
以固定床吸附為例,如果以空氣為原料,以碳分子篩為吸附劑,通過變壓吸附的方法分離空氣中的氮氣和氧氣,達到提純氮氣的目的。物質在吸附劑(固體)表面的吸附必須經過兩個過程:一是通過分子擴散到達固體表面,二是通過范德華力或化學鍵合力的作用吸附于固體表面。因此,要利用吸附實現混合物的分離,被分離組分必須在分子擴散速率或表面吸附能力上存在明顯差異。由于N2和O2都是非極性分子,兩者的物性相近,與碳分子篩表面的結合力差異不大,因此碳分子篩對N2和O2的吸附并無選擇性,但是N2和O2在碳分子篩微孔內的擴散速度存在明顯差異,O2的速度比N2快,因此當空氣與碳分子篩接觸時,O2將優先吸附于碳分子篩而從空氣中分離出來,使得空氣中的N2得以提純。由于該吸附分離過程是一個速率控制的過程,因此,吸附時間的控制非常重要。其可以通過測定吸附柱的穿透曲線來確定。
美國康塔公司供稿
作者:粉體圈
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