第5章 常用吸附剂的结构,性能和改性

第5章常用吸附剂的结构，性能和改性内容§1多孔物质物理结构的测定§2常见吸附剂的结构和性能§3固体的表面改性及其应用目标与要求硅胶、活性炭理论模型：inkbottletheory1.密度2.比表面积3.孔体积4.平均孔半径5.孔径分布6.粒度一、密度体积的定义密度的定义1.堆密度（packingdensity）2.颗粒密度（apparentdensity）3.骨架密度（Truedensity）二、比表面积（specificsurfacearea）气体或蒸气吸附法：BET低温氮吸附法1.原理2.注意事项A.吸附质分子截面积B.关于“B点”法①Ⅱ、Ⅳ吸附类型C.关于“一点法”溶液吸附法1.原理2.吸附质：脂肪酸、染料3.基准吸附剂：石英粉三、孔体积（porevolume）四氯化碳吸附法密度法孔隙率ε（%）四、平均孔半径假设：微孔→圆柱体、椎体公式比表面积的测定是关键五、孔径分布（poreradiusdistribution）10nm气体或者蒸气吸附法1.毛细凝聚与Kelven公式A.吸附类型B.滞后圈C.墨水瓶理论（inkbottletheory）与Kelven公式五、孔径分布（poreradiusdistribution）D.滞后圈与孔结构模型五、孔径分布（poreradiusdistribution）2.孔径分布的测定A.吸附-脱附等温线B.V-r曲线（依据脱附等温线计算较好）C.孔径分布曲线五、孔径分布（poreradiusdistribution）压汞法（mercurypenetrationmethods）1.不润湿2.力平衡分析3.压汞仪五、孔径分布（poreradiusdistribution）压汞法（mercurypenetrationmethods）4.孔径分布测定要点5.数据处理五、孔径分布（poreradiusdistribution）迎头色谱法六、粒度（particlesize）筛分分析法显微镜法六、粒度（particlesize）沉降平衡分析法1.扭力天平2.数据处理原粒子大小的测定1.硅胶（silicagel）2.活性氧化铝（activatedaluminumoxide）3.活性炭4.吸附树脂5.黏土6.硅藻土7.分子筛一、硅胶（silicagel）属无定形结构，化学分子式为SiO2·xH2O硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。1.大孔硅胶、2.粗孔硅胶、3.B型硅胶、4.细孔硅胶一、硅胶（silicagel）硅胶的制备方法1.化合：水玻璃→硅酸2.胶凝：gelling3.老化:脱水形成Si-O-Si键4.洗涤5.氨水浸泡：扩孔过程、变硬6.干燥7.活化一、硅胶（silicagel）硅胶的物理结构和吸附性能1.高压水蒸气扩孔A.小比表面积B.大孔径C.孔数减少2.加盐焙烧扩孔3.吸附类型改变一、硅胶（silicagel）硅胶的表面结构和性能1.表面结构A.骨架：硅氧四面体堆积B.自由羟基（Ⅰ）C.缔合羟基（Ⅱ）D.双生羟基（Ⅲ）2.羟基浓度的测定A.失重法B.吸附BCl3法一、硅胶（silicagel）硅胶的表面结构和性能3.表面性质和催化作用的关系A.三种羟基的含量与分布B.Lewis酸行为C.质子酸的行为A.NH4HF2改性B.硼酸、磷酸浸渍C.……二、活性氧化铝活性氧化铝，又名活性矾土，英文名称为ActivatedAlumina或Reactivealumina;activatedaluminiumoxide。在催化剂中使用氧化铝的通常专称为“活性氧化铝”。一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积，其微孔表面具备催化作用所要求的特性，如吸附性能、表面活性、优良的热稳定性等，所以广泛地被用作化学反应的催化剂和催化剂载体。分子式(Formula)：Al2O3·nH2O（0n3）分子量(MolecularWeight)：101.96+nH2O)CASNo.：1344-28-1二、活性氧化铝制备方法二、活性氧化铝孔结构：1.类型2.控制方法（多样）表面性质和吸附性能质量指标二、活性氧化铝质量指标（化工部标准：HG/T3927-2007）三、活性炭（activatedcarbon）活性炭作为人造材料，是在1900年和1901年才发明的。发明者RaphaelvonOstrejko取得1.英国专利B.P.14224(1900)；2.英国专利B.P.18040（1900）；3.德国专利Ger.P.136792（1901）。活性炭是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。三、活性炭（activatedcarbon）活性炭的种类：种类很多，尚无精确统计，约上千品种制备方法与理论1.炭化：隔氧2.活化：造孔孔结构1.微孔2.中孔3.大孔甲醇作为吸附质测定孔径及其分布三、活性炭（activatedcarbon）表面化学结构1.碳2.CxOyA.酸性氧化物（upto20%）B.碱性氧化物（≈2%）三、活性炭（activatedcarbon）活性炭的吸附行为热力学分析1.ΔS＞0？影响活性炭吸附的主要因素①活性炭吸附剂的性质②吸附质的性质③废水PH值④共存物质⑤温度⑥接触时间四、吸附树脂adsorptionresin吸附树脂是以吸附为特点，具有多孔立体结构的树脂吸附剂。它是最近几年高分子领域里新发展起来的一种多孔性树脂，容易再生，可以反复使用。制备原理由二乙烯苯等单体，在甲苯等有机溶剂存在下，通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球。影响树脂吸附的因素1.物理结构2.化学结构四、吸附树脂adsorptionresin应用实例五、黏土clay黏土，含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通过。一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，但是有些成岩作用也会产生粘土。粘土是可塑性的，粒级在0.001～0.004mm的沉积物（或者：颗粒尺寸小于2μm的二维层状）。一些粘土矿物的化学式1.高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O2.石脂：Al2[(OH)4|Si2O5]*nH2O3.蒙脱石：(Al,Mg)2[(OH)2|Si4O10](Na,Ca)x*nH2O4.蛭石：(Mg,Ca)0,31(H2O)n{Ti0,18Al0,03Fe(III)1,09Mg1,25[Si2,80Al1,20O10(OH)2]}5.伊利石：K0,65Al2,0Al0,65Si3,35O10(OH)26.水铝英石：Al2O3.SiO2.2,5H2O结构水化硅酸铝）五、黏土clay黏土的晶体结构五、黏土clay黏土的晶体结构五、黏土clay物理化学性质1.水化作用和分散性2.离子交换3.黏土-水体系的流变性质具有吸附作用的黏土（蒙脱土）1.天然白土2.酸化白土六、硅藻土diatomaceousearth一种生物成因的硅质沉积岩：1.硅藻土由无定形的SiO2组成，含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质。优质者色白，SiO2常超过70％。2.显微镜下可观察到天然硅藻土的特殊多孔性构造，这种微孔结构是硅藻土具有特征理化性质的原因。主要用做吸附剂、助滤剂和脱色剂等。六、硅藻土diatomaceousearth种类与化学组成1.硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。2.硅藻土的氧化硅多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含量为50~80%。非晶型SiO2加热到800~1000°C时变为晶型，碱中可溶性硅酸可减少到20~30%。六、硅藻土diatomaceousearth孔结构硅藻体具有众多的壳体孔洞，使硅藻土具多孔质构造，硅藻土的孔隙度达90-92%，吸水性强烈，粘舌。六、硅藻土diatomaceousearth热稳定性七、分子筛molecularsieve具网状结构的天然或合成化学物质：1.如交联葡聚糖、沸石（zeolite）等；2.由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛，分子尺寸大小（通常为0.3~2.0nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性；3.作为层析介质时可按分子大小对混合物进行分级分离。七、分子筛molecularsieve种类1.天然沸石：有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等2.合成沸石：3.商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类,如3A型、4A型、5A型分子筛。“硅-铝比”A.A型:钾A(3A),钠A(4A),钙A(5A),B.X型:钙X(10X),钠X(13X)C.Y型:,钠Y,钙Y化学组成七、分子筛molecularsieve七、分子筛molecularsieve结构特点1.四面体结构单元2.环（ring）3.β笼（β-cage）A型的晶体结构1.具NaCl晶体结构2.α-笼X型、Y型的晶体结构1.八面体结构2.硅-铝比不同七、分子筛molecularsieve丝光沸石（mordenite）的晶体结构1.大量的五元环2.层状重叠七、分子筛molecularsieve吸附性能：晶穴内部强大的库仑力场和极性作用1.吸附作用的选择性：筛分2.高效吸附3.符合Langmuir等温吸附七、分子筛molecularsieve分子筛的应用1.吸附与分离2.石油化工和催化3.洗涤、……合成与再生1.有水热合成、水热转化和离子交换等法；2.脱除水分；3.脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。新型分子筛1.ZSM-5：硅-铝比达12~1002.炭分子筛：由碳素组成；可由煤炭制备1.表面改性效果的评定2.表面改性的方法和机理3.表面改性的应用一、表面改性效果的评定接触角（θ）黏度沉降性质一、表面改性效果的评定1.稳定性与沉降性质2.界面电性质与沉降性质一、表面改性效果的评定吸附试验1.硅胶2.活性炭A.非极性吸附剂B.含有极性含氧基团一、表面改性效果的评定红外光谱（IR）1.亲水硅胶2.改性硅胶一、表面改性效果的评定差热分析（DTA）一、表面改性效果的评定物理结构的分析1.比表面积2.骨架密度3.表观密度4.孔体积二、表面改性的方法与机理无机粉体和增强材料的改性1.用硅烷偶联剂处理A.常用试剂B.表面形态：3D2.用钛酸酯偶联剂处理3.用表面活性剂覆盖处理4.用等离子体处理二、表面改性的方法与机理高聚物基体的改性1.接枝改性2.等离子体处理改性三、表面改性的应用眼镜防雾和雨衣防水涂料、油漆、油墨橡胶、塑料……