活性炭，沸石和硅胶等吸附剂被广泛应用于吨级规模的吸附分离方法。吸附分离是最有效和最经济的分离技术。如何完整理解发生在固定床反应器中的复杂过程，是获得最佳分离性能的关键。

 

美国康塔仪器dynaSorb BT?系列竞争性气体吸附仪提供一个独特的、安全的、易于使用的平台，可以研究任意复杂的动态吸附过程。这个平台上具有宽泛的温度和压力范围，可以调节气体流速和明确气体组分，从而模拟真实的工艺条件来研究吸附剂。

 

许多AUTOSORB iQ气体吸附仪的用户可能会从dynaSorb BT?的数据中发现其价值。虽然表面积和孔径对于衡量吸附剂的能力非常重要，但它并不能指出在竞争性气体存在时，吸附剂/吸附气体系统将如何表现，而这是新材料在用于气体分离设计时所必需的。例如，某一材料在任何其他气体不存在时，可以非常有效地吸附CO2，但是在O2或N2等其它气体存在下，它的吸附效能就会大幅降低。测量吸附热能看出这方面的迹象，但穿透曲线将消除任何疑虑。在dynaSorb BT?上测量穿透曲线是既有研究的极佳补充方法。

 

常见吸附工艺类型及吸附过程分类

常见吸附工艺类型有间歇吸附、固定床吸附、移动床吸附、流化床吸附、连续式吸附与脱附。吸附材料又可按化学结构、吸附机理、形态和孔结构分析等进行分类。吸附是一个表面传质过程，当气体或液体与固体接触时，在固体表面上气体或液体的分子会产生凝聚。利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。根据吸附的作用力不同，可将吸附过程分为物理吸附（吸附作用力为范德华力）与化学吸附（吸附作用力为化学键合力）。一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附。

 

为什么穿透曲线的测定如此重要？

l  大多数技术分离过程是基于穿透特性的固定床吸附

l  可以得到客体分子不同的反应动力学

l  可以测量气体混合物和技术相关的气体速度

l  从商业生产规模到实验室规模的按比例缩小技术

l  最好的实验结果可以转移到技术工艺流程

l  穿透曲线的结果对工程是一个典型的基准

 

以固定床吸附为例，如果以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。由于N2和O2都是非极性分子，两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，但是N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，O2的速度比N2快，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制非常重要。其可以通过测定吸附柱的穿透曲线来确定。

 

穿透曲线的预测是固定床吸附过程设计与操作的基础

1.穿透曲线（吸附中流体通过吸附床层，流出物中吸附质浓度随时间变化的曲线。）

• 在传质阻力为零，吸附速度无限大，两相瞬间可以达到平衡的理想情况下，穿透曲线为直角折线。

• 由于存在传质阻力，以及流动速度分布和吸附等温线类型等因素的影响，实际上的穿透曲线为曲线。

2.吸附质从流出物中出现的时间称穿透时间，此时穿透曲线的相应点称为穿透点(breakthrough point)。

3.从流体开始进入床层至流出物浓度为流体浓度的时间称干点时间，达到干点时间时穿透曲线的相应点称为流干点。

 

 

穿透曲线的测量方法

1.为测量穿透曲线，载气与吸附物质定量混合。

2.已知浓度的混合气流穿过含有样品的固定床吸附器。

3.以时间分辨方式，在固定床的出口处检测浓度。

4.通过一个实验进行死体积校正，即测量在不吸附吸附质气体的惰性材料上的响应信号。

5.根据吸附器和样品的堆积密度，吸附剂的质量可以在5克和50克之间变化。建议吸附器直径和颗粒的直径之间的比率至少是10：1。

 

 

DynaSorb BT 吸附穿透曲线分析仪的实验及其结果

 

 

穿透曲线测定及突破实验的应用领域：

?        Technical Adsorbents      吸附剂技术

?       Material Research            材料研究

?       Chemical Engineering           化学工程

?       Energy Storage                能量储存

?       Gas Storage                 气体储存

?       Separation Technologies   分离技术

?       Environmental                 环境

?       Selectivity Studies           选择性研究

 

美国康塔仪器

美国康塔仪器(Quantachrome Instruments)被公认为是对样品权威分析的优秀供应商，它可为实验室提供全套装备及完美的粉末技术，及极佳的性能价格比。康塔公司不仅通过了ISO9001及欧洲CE认证，也取得了美国FDA IQ/OQ认证。作为开发粉体及多孔材料特性仪器的世界领导者，美国康塔仪器产品涵盖比表面、物理吸附、化学吸附、高压吸附、蒸汽吸附、竞争性气体吸附、真密度、堆密度、开/闭孔率、粒度粒形、Zeta电位、孔隙率、压汞仪、大孔分析 、微孔分析、滤器分析等诸多领域。

 

康塔仪器不仅受到科学界的青睐，装备了哈佛、耶鲁、清华等世界各个著名大学，而且已经向全世界的工业实验室发展，以 满足那里开发和改进新产品的研究与工艺需求。工厂中也依靠康塔仪器的颗粒特性技术更精确地鉴别多孔材料，控制质量，或高效率查找生产中问 题的根源 通过颗粒技术使产品上一个台阶，在当今工业界已成为一个不争的事实。

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