活性炭可用于氣相吸附,也可用于液相吸附,兩者使用的條件不同,影響活性炭吸附力的因素也有差別。
活性炭氣相吸附過程的主要影響因素
1、溫度
組成氣體的各種分子,處在不同的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中。氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)受溫度的影響。當(dāng)溫度降低時(shí),運(yùn)動(dòng)分子上的能量減小,因而排出每一個(gè)分子的剩余能量所需要的吸引力就比較小,氣體分子較容易被吸附。吸附時(shí)排出的剩余能量是以吸附熱的形式放出,由于吸附的放熱反應(yīng),因此,溫度升高對(duì)吸附不利。
2.壓力
對(duì)于易被吸附的蒸汽,大幅度增大壓力對(duì)其吸附的影響不大。大多數(shù)在常壓下達(dá)到接近于飽和吸附量。但對(duì)于吸附性較小的氣體,在高壓下吸附量卻顯著增大。
從混合物中吸附時(shí)的吸附量可能隨壓力而變化。例如,在低壓下從乙烯和二氧化碳的混合物中吸附乙烯的量較大,而在高壓下則相反。又如在2870毫米的壓力下,二氧化氮和一氧化二氮幾乎是以相同的體積被吸附;而在72毫米壓力下被吸附的氣體中2/3是一氧化二氮。
3.沸點(diǎn)和臨界溫度
沸點(diǎn)和臨界溫度高的氣態(tài)物質(zhì)一般易于被吸附。沸點(diǎn)和臨界溫度較高的光氣和二氧化硫的吸附量較大。這一點(diǎn)可以用毛細(xì)凝聚現(xiàn)象來解釋,即沸點(diǎn)和臨界溫度高的氣態(tài)物質(zhì),容易產(chǎn)生毛細(xì)凝聚作用而被吸附。
沸點(diǎn)和臨界溫度較低的氣體,在0℃時(shí)吸附量不大,但是在足夠低的溫度下,能被大量吸附,例如氮在常溫下的吸附量很小,但在沸點(diǎn)溫度下卻能被大量吸附。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整溫度,往往能靠吸附來分離一些氣體。例如,溫度在-90℃至-110℃附近,二氧化碳能有效地從空氣中分離出來;在較高溫度下,二氧化碳的吸附不完全,而在較低的溫度下,出現(xiàn)氮和氧的吸附。雖然,凝聚性是一個(gè)主要因素,但被吸附的氣體或蒸汽的量并不總是與沸點(diǎn)或臨界溫度嚴(yán)格相關(guān)。例如,表中的二氧化碳的沸點(diǎn)比一氧化碳、氯化氫和乙炔為高,但吸附量卻較小,氧的臨界溫度比二氧化氮高,但吸附量卻較小。這種偏差反映對(duì)所涉及的所有的力,還沒有充分了解。在許多研究中,不同蒸汽的吸附是在同樣的溫度下測定的,這個(gè)條件往往擴(kuò)大了凝聚因素的影響。這可以通過乙炔(沸點(diǎn)- 161.5℃)和甲醉(沸點(diǎn)64.0℃)的比較來說明,如果兩者都在25℃時(shí)被吸附,顯然,出于甲醇在這個(gè)溫度下相對(duì)地容易凝聚,所以其吸附量就大得多。
4.吸附質(zhì)分子的大小
在低壓下(壓力小于1毫米汞柱)活性炭對(duì)同族化合物的吸附量,隨化合物分子量的增大而增加。例如,活性炭對(duì)醚類物質(zhì)的吸附量,由小到大的排列順序是:二甲基醚、二乙基醚、二丙基醚。但當(dāng)壓力增大到一定數(shù)值時(shí),吸附量排列的順序卻完全顛倒過來,即變?yōu)槎选⒍一选⒍谆选?/p>
在評(píng)價(jià)蒸汽的相對(duì)吸附性時(shí),與計(jì)量單位有關(guān),如果計(jì)算吸附量以克為單位時(shí),四氯化碳的吸附量比三氯甲烷大,但是,如果以毫克摩爾數(shù)為基準(zhǔn)時(shí),兩者被吸附的毫克摩爾數(shù)大致相同。
5.混合氣體的吸附
對(duì)于兩種氣體或蒸汽的混合體:
如果某種氣體在單純狀態(tài)下易被吸附,一般也會(huì)優(yōu)先被活性炭從混合物中吸附。但是每一種氣體或蒸汽在混合狀態(tài)下的吸附量,可能小于在純態(tài)中相同的分壓下的個(gè)別吸附量。
在實(shí)際應(yīng)用中,遇到的情況多數(shù)是混合氣體,如果混合氣體中某一成分的吸附量很小,往往可以忽略不計(jì)。例如,在常溫下用活性炭從空氣中吸附有機(jī)蒸汽時(shí),可忽略空氣的吸附量。