当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第七章 气态污染物控制技术基础（选修） > 7-4 气体吸附原理与速率 > Video
同学们好! 气态污染物也常用吸附的方法来净化
这一讲我们就介绍气体吸附的原理
常用的吸附剂与吸附速率的计算
气体吸附是用多孔性固体物质
将气体混合物中的一种或多种污染物组分
浓集于固体表面，而与其它组分分离的过程
被吸附到固体表面的物质称为吸附质
附着吸附质的物质称为吸附剂
根据吸附剂表面与被吸附物质之间的作用力不同
可以分成物理吸附和化学吸附
物理吸附是指吸附剂依靠分子间的吸引力
即范德华力，将吸附质分子吸附到颗粒表面的过程
物理吸附作用力不强，是放热过程
温度升高不利于吸附
同时物理吸附是可逆的，容易发生解吸
由吸附剂与吸附质之间的化学键力
引起的吸附作用称为化学吸附
化学吸附发生化学反应
升高温度时反应速率加快，有利于吸附
化学吸附过程不可逆，且有很强的选择性
吸附速率比较慢，达到吸附平衡需要一定的时间
有关吸附平衡的知识我们不在这里进行介绍
请大家参照教材学习
工业上常用的吸附剂有活性炭、活性氧化铝
硅胶、白土和沸石分子筛
这个表给出了常用吸附剂的一般特性
需要注意的是，吸附剂的性能受到温度
压力等操作条件影响
不同吸附剂适用的操作温度上限不同
例如活性炭仅适用于423K以下的烟气
而沸石分子筛的操作温度上限达到873K
此外，主要起吸附作用的是吸附剂上的微孔
我们看到，吸附剂的孔径往往很小
这些孔径一旦被堵塞了，就会影响吸附剂的性能
因此，在吸附前一定要先除尘
吸附剂的吸附能力通常用吸附剂的活性来表示
其物理意义是单位吸附剂所能吸附的吸附质的量
可以用静活性和动活性表示
静活性是指在一定的温度下
与气体中吸附质的初始浓度达到平衡时
单位吸附剂上吸附的最大吸附量，也称为吸附容量
其影响因素是吸附质和吸附剂的特性
动活性指吸附床穿透时单位质量吸附剂吸附到的吸附质量
流体通过吸附剂床层时
床层中的吸附剂逐渐趋于饱和
当流出气体中发现有吸附质时
认为吸附器中的吸附剂层已经穿透
这时单位吸附剂所吸附的吸附质的量即为动活性
吸附剂的动活性和操作条件相关
并且动活性一定小于静活性
吸附剂饱和后需要进行再生。再生的方法有多种
例如，可以通过升高吸附剂温度，使吸附质脱附
不同吸附剂的再生温度也是不一样的
活性炭再生的温度一般为373～413K
此外，还可以通过降低操作压力使吸附剂得到再生
若吸附在常压下进行，我们就可以采用抽真空方法进行脱附
工业上常用水蒸气、空气或者氮气逆流吹脱
达到再生的目的
这里给出了一些适合用水蒸气再生的吸附质
其中除了二硫化碳和二氧化碳外都是难溶于水的有机物
用水蒸气把这些物质吹脱出后
只要冷凝就可以把水蒸气和吸附质分开了，便于回收
在吸附剂的选择时，首先应考虑吸附质的极性
比如非极性的分子可以选择活性炭
极性分子可以选择硅胶、分子筛或者活性氧化铝
进而要考虑吸附质分子的大小
大分子的物质要选择孔径较大的吸附剂
比如活性炭，小分子可以选分子筛
此外还需要考虑气体浓度，气体浓度高时
就要选择吸附能力强的吸附剂
初选吸附剂后，应做吸附剂的活性实验和寿命试验
确定其吸附能力、使用寿命和再生性能
最后，综合活性、寿命、脱附状况、价格
运费等因素，确定合适的吸附剂
在实际生产过程中，吸附剂和吸附质接触的时间很短
难以建立起吸附平衡，因此吸附量取决于吸附速率
那么吸附速率如何计算呢
首先我们来看一下吸附过程
从气相主体到吸附剂表面的吸附全过程
可以分成外扩散、内扩散和表面吸附三个过程
外扩散是吸附质由气相主体穿过颗粒周围气膜
扩散到颗粒外表面的过程
内扩散是吸附质由外表面经过微孔扩散到吸附剂微孔表面的过程
吸附是到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附的过程
如果是化学吸附，还会发生化学反应
在吸附的同时，吸附质分子可能从吸附剂中脱附出来
经历的过程与上述过程相反
吸附速率的大小取决于外扩散速率
内扩散速率及吸附本身的速率
受三个过程中速度最慢的过程控制
因此吸附速率可以分为三种情况：外扩散控制
内扩散控制和表面吸附控制
对于化学吸附，还要考虑表面动力学控制
对于物理吸附而言
吸附质A的外扩散速率可以用外扩散吸附分系数ky
乘以单位体积吸附剂的吸附表面积ap
再乘以吸附推动力得到
吸附质在气相主体的质量分数为Y A
吸附剂外表面上吸附质A的质量分数为Y A i
因此吸附的推动力就是Y A减去Y A i
类似地，吸附质的内扩散速率可以用内扩散吸附分系数kx
乘以单位体积吸附剂的吸附表面积ap，再乘以吸附推动力得到
对于内扩散
吸附的推动力就是
吸附质在吸附剂外表面的质量分数X A i减去
其在内表面的质量分数记为 X A
实际上，由于扩散过程是连续进行的
稳定状态时外扩散速率与内扩散速率相等
由于表面浓度不容易测定
我们常用总吸附系数来表示总吸附速率
这时，吸附的推动力用（Y A减去Y A *）来表示
Y A * 是和吸附剂表面浓度X A对应的气相平衡浓度
它可以近似地用平衡曲线的斜率常数乘以XA得到
类似地，也可以（X A *减去X A）来表示推动力
这里X A * 是和气相中A的浓度YA对应的吸附相平衡浓度
化学吸附往往是化学反应速率控制
也就是动力学控制的吸附过程
这里给出了动力学控制的吸附过程的吸附方程
我们可以看出
其中一个重要的参数是该化学反应的化学平衡常数K
K越大，吸附速率就越大
其次，系统平衡时的吸附量“M无穷”也有一定的影响
“M无穷”越大，其吸附速率越大
巴厄姆曾发表用活性炭吸附二氧化硫
二硫化碳、甲苯及氨蒸气的吸附速率计算公式
在这个公式中，常数通常是由实验测定
对该式积分，可以得到吸附时间和吸附量的关系
这一部分就介绍到这里，谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
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-7-7 催化原理--作业
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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