大气污染控制技术：吸附法在工业锅炉中的应用

（1）吸附的概念

由于固体表面上存在着分子引力或化学键力，能吸附分子并使其富集在固体表面上，这种现象称为吸附（adsorption）。将具有吸附作用的固体物质称为吸附剂（adsorbent），被吸附的物质称为吸附质。

根据吸附过程中吸附剂和吸附质之间作用力的不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。在吸附过程中，当吸附剂和吸附质之间的作用力是范德华力（或静电引力）时称为物理吸附（physical adsorption）；当吸附剂和吸附质之间的作用力是化学键时称为化学吸附（chemical adsorption）。

物理吸附的特点是：①吸附剂和吸附质之间不发生化学反应；②吸附过程进行较快，参与吸附的各相之间迅速达到平衡；③吸附是一种放热过程，其吸附热较小，相当于被吸附气体的升华热，一般为20 kJ/mol左右；④吸附过程可逆，无选择性。

化学吸附的特点是：①吸附剂和吸附质之间发生化学反应，并在吸附剂表面生成一种化合物；②化学吸附过程一般进行缓慢，需要很长时间才能达到平衡；③化学吸附也是放热过程，但吸附热比物理吸附热大得多，相当于化学反应热，一般为84～417 kJ/mol；④具有选择性，常常是不可逆的。

在实际吸附过程中，物理吸附和化学吸附一般同时发生，低温时主要是物理吸附，高温时主要是化学吸附。

吸附法净化气态污染物就是利用固体吸附剂对气体中各组分吸附选择性的不同而将有害组分吸附在固体物质表面上，从而达到净化的目的。

（2）吸附过程

吸附方法的广泛应用促进了吸附理论的发展，为了阐明吸附过程的实质相继提出了各种理论和学说，如位势论、BET学说、毛细管凝聚学说、静电学说、电吸附学说和朗格缪尔（Langmuir）化学学说等。目前尚没有一种理论能概括各种吸附现象。

吸附的全过程可分为外扩散、内扩散、吸附和脱附四个过程。

外扩散过程是吸附剂外围空间的气体吸附质分子穿过气膜，扩散到吸附剂表面的过程，是吸附全过程的第一步。

内扩散过程是吸附质分子进入吸附剂微孔中并扩散到内表面的过程。

吸附过程是经过外扩散和内扩散到达吸附剂内表面的吸附质分子被吸附在内表面的过程。

脱附过程是部分被吸附的分子离开吸附剂的内表面和外表面，进入气膜层，并反扩散到气相主体中的过程。

（3）吸附平衡

吸附过程是一种可逆过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的物质由于分子的热运动而脱离固体表面回到气相中。当吸附速度与脱附速度相等时，就达到了吸附平衡。此时，吸附虽然仍在进行，但被吸附物质的量不再增加，可以认为吸附剂失去了吸附能力。为使吸附剂恢复吸附能力，必须使吸附质从吸附剂上解脱下来，这种过程称为吸附剂的再生。

吸附法净化气态污染物应包括吸附及吸附剂再生的全部过程。(www.xing528.com)

（4）吸附量

在一定条件下单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量称为吸附量，用“kg吸附质/kg吸附剂”来表示，也可以用质量分数表示。它是衡量吸附剂吸附能力的重要物理量，因此在工业上被称为吸附剂的活性。

吸附剂的活性有静活性和动活性两种表示。吸附剂的静活性是指在一定条件下，达到平衡时吸附剂的平衡吸附量。吸附剂的动活性是指在一定的操作条件下，吸附一段时间后，从吸附剂层流出的气体中开始出现吸附质的吸附量。

（5）影响气体吸附的因素

影响吸附的因素很多，主要有操作条件、吸附剂和吸附质的性质、吸附质的浓度等。

①操作条件的影响

操作条件主要是指温度、压力、气体流速等。对物理吸附而言，在低温下对吸附有利，而对于化学吸附过程，提高温度对吸附有利。从理论上讲，增加压力对吸附有利，但压力过高不仅增加能耗，而且在操作方面要求更高，在实际工作中一般不提倡。当气体流速过大时，气体分子与吸附剂接触时间短，对吸附不利。若气体流速过小，处理气体的量相应变小，又会使设备增大。因此气体流速要控制在一定的范围之内，固定床吸附器的气体流速一般控制在0.2～0.6m/s范围内。

②吸附剂性质的影响

衡量吸附剂吸附能力的一个重要概念是“有效表面积”，即吸附质分子能进入的表面积。被吸附气体的总量随吸附剂表面积的增加而增加。吸附剂的孔隙率、孔径、颗粒度等均影响比表面积的大小。

③吸附质性质的影响

除吸附质分子的临界直径外，吸附质的相对分子质量、沸点和饱和性等也对吸附量有影响。如用同一种活性炭吸附结构类似的有机物时，其相对分子质量越大、沸点越高，吸附量就越大。而对于结构和相对分子质量都相近的有机物，其不饱和性越高，则越易被吸附。

④吸附质浓度的影响

吸附质在气相中的浓度越大，吸附量也就越大。但浓度大必然使吸附剂很快饱和，再生频繁。因此吸附法不宜净化污染物浓度高的气体。

（6）吸附法的特点

吸附法净化气态污染物的优点是：①净化效率高；②能回收有用组分；③设备简单，流程短，易于实现自动控制；④无腐蚀性，不会造成二次污染。

可以使用吸附法净化的气态污染物有：低浓度的SO2烟气、NOx、H2S、含氟废气、酸雾、含铅及含汞废气、恶臭、沥青烟及碳氢化合物等。