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第九章 吸附
9.1 25℃，101.3kPa下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下： q/[ g(气体)?g(活性炭)-1] 气体的平衡分压 /Pa
0 0
0.1 267
0.2 1600
0.3 5600
0.35 12266
试判断吸附类型，并求吸附常数。
如果25℃，101.3kPa下，在1L的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa，向容器中放入2g活性炭，密闭。忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。
解：由数据可得吸附的平衡曲线如下
0.40.351q/g(气体)g(活性炭)-0.30.250.20.150.10.05005000p/Pa吸附平衡曲线1000015000
图9-1 习题9.1图中吸附平衡线
由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是Langmuir或Freundlich型。 由
1q?11?1qmqmk1p，整理数据如下
10 0.00374
5 0.00062
3.3 0.00018
2.86 0.00008
1/q 1/p
作1/q和1/p的直线
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1210y = 1855.7x + 3.15678R2 = 0.97841/q642000.0010.0021/p0.0030.004
图9-2 习题9.1图中1/q－1/p的关系曲线
由lnq?1/nlnp?lnk，整理数据如下：
lnp lnq
5.59 -2.30
7.38 -1.61
8.63 -1.20
9.41 -1.05
作lnq和lnp的直线
02-0.5-1lnq46810y = 0.3336x - 4.1266R2 = 0.9887-1.5-2-2.5lnp
图9-3 习题9.1图 lnq和lnp的关系曲线
由以上计算可知，用Freundlich等温方程拟合更好一些。同时计算参数如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为q?0.016p1/3 题设条件下，甲醛的物质的量为n?质量为m?0.0048?30?0.144g
假设达到吸附平衡时吸附量为
p?pVRT?12000?0.0018.314?298?0.0048mol
q，则此时的压力为
?0.144?2q??8.314?298/300.001
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将q?0.016p1/3代入，可以求得p?89Pa
所以此时甲醛的平衡分压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为101.3?12?89.3kPa
9.2 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：
平衡浓度COD /(mg?L-1) A吸附量/ [mg?g(活性
炭)-1]
B吸附量/[mg?g(活性
炭)-1]
100
500
1000
1500
55.6 192.3 227.8 326.
1
47.6 181.8 294.1 357.
3
398.4 357.1
378.8 434.8
476.2 394.7
2000
2500
3000
试判断吸附类型，计算吸附常数，并比较两种活性炭的优劣。 解：由数据可得吸附的平衡曲线如下：
Langmuir吸附等温线方程为q?k1qm?/?1?k1??，变形后可得整理数据如下：
?q??qm?1k1qm，
? ?/q(A) ?/q(B)
100 1.80 2.10
500 2.60 2.75
1000 4.39 3.40
1500 4.60 4.20
2000 5.60 5.02
2500 6.60 5.75
3000 7.60 6.30
作?/q和?的直线
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600吸附量/ mg g(活性炭)-1500400300200100001000200030004000AB平衡浓度 COD/mgL-1
图9-4 习题9.2图吸附等温线
987654321001000200030004000y = 0.0015x + 1.9829R2 = 0.9979y = 0.0019x + 1.8046R2 = 0.9802AB?/q ?
图9-5 习题9.2图 ?/q和?的关系曲线
由直线可知，用Langmuir吸附等温线方程可以很好地拟合吸附曲线。 分别求得方程的常数为
活性炭A： 1/qm=0.0019，qm=526，1/k1qm=1.8046，k1=0.00105 活性炭B： 1/qm=0.0015，qm=667，1/k1qm=1.9829，k1=0.00076
比较两种活性炭的吸附平衡常数，可以看到B的饱和吸附量要大于A，比表面积较大，吸附容量比较大；而A的吸附系数比较大，吸附的性能较好。
9.3 有一初始浓度（比质量分数）为Y0的流体，要求用吸附剂将其浓度降低到Y2（对应的固体相的吸附质比质量分数为X2）。试证明：两级错流吸附比单级吸附节约吸收剂。
证明：对单级吸附，由物料衡算有G?Y0?Y2??L?X2?X0?
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