大气污染控制工程：吸附平衡和等温线

1.吸附类型

根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。

（1）物理吸附。物理吸附是由于分子间范德华力引起的，它可以是单层吸附，亦可是多层吸附。物理吸附的特征如下。

①吸附质与吸附剂间不发生化学反应。

②吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间即达平衡。

③吸附为放热反应。

④吸附剂与吸附质问的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度升高时，被吸附的气体易于从固体表面逸出，而不改变气体原来的性质。工业上的吸附操作正是利用这种可逆性进行吸附剂的再生及吸附质的回收。

（2）化学吸附。化学吸附是由吸附剂与吸附质间的化学键作用力而引起的，是单层吸附，吸附需要一定的活化能。化学吸附的吸附力较强，主要特征如下。

①吸附有很强的选择性。

②吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长时间。

③升高温度可提高吸附速率。

应当指出，同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，即物理吸附发生在化学吸附之前，当吸附剂逐渐具备足够高的活化能后，就发生化学吸附（见图5-10）。两种吸附可能同时发生。

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图5-10　吸附过程

2.吸附平衡和吸附等温线方程

（1）吸附平衡：当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平衡。平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用XT表示，它是设计和生产中十分重要的参数。吸附达到平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等温线表示。吸附等温线通常根据实验数据绘制，也常用各种经验方程式来表示。图5-11和图5-12分别表示用活性炭吸附废气中NH3和硅胶吸附SO2的吸附等温线。

图5-11　NH3在活性炭上的吸附等温线

图5-12　SO2在硅胶上的吸附等温线

单一气体的吸附等温线可归纳为6种类型，如图5-13所示。I型为单分子层吸附，Ⅱ型～Ⅵ型为多分子层吸附。

图5-13　6种类型吸附等温线

Ⅰ型.80K下N2在活性炭上的吸附；Ⅱ型.78K下N2在硅胶上的吸附；
Ⅲ型.351 K下溴在硅胶上的吸附；Ⅳ型.323 K下苯在FeO上的吸附；
V型.373 K下水蒸气在活性炭上的吸附；Ⅵ型.惰性气体分子分阶段多层吸附

（2）吸附等温线方程：一定温度下吸附达到平衡时，平衡吸附量与平衡浓度间函数关系还可用函数式，即吸附等温线方程式来表示。