《吸附的类型》PPT课件

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1、第二章 吸 附 分 离 2.1 吸附的类型 2.1.1 吸 附 在 相 界 面 上 ， 物 质 的 浓 度 自 动 发 生 累 积或 浓 集 的 现 象 。 固 液 界 面 上 的 吸 附 ： 吸 附 剂 ： 具 有 吸 附 能 力 的 多 孔 性 固 体 物 质 。 吸 附 质 ： 废 水 中 被 吸 附 的 物 质 。 吸 附 机 制 ： 固 体 表 面 分 子 (或 原 子 )处 于 特 殊 的 状 态 。 固 体 内部 分 子 所 受 的 力 是 对 称 的 ，故 彼 此 处 于 平 衡 。 但 在 界面 分 子 的 力 场 是 不 饱 和 的 ，即 存 在 一 种 固 体 的 表 面

2、 力 ，它 能 从 外 界 吸 附 分 子 、 原子 、 或 离 子 ， 并 在 吸 附 表面 上 形 成 多 分 子 层 或 单 分子 层 。 2.1.2吸 附 的 分 类 1. 物 理 吸 附 ： 靠 分 子 间 力 产 生 的 吸 附 ， 可吸 附 多 种 吸 附 质 ， 可 形 成 多 分 子 吸 附 层 。吸 附 解 吸 是 可 逆 过 程 ， 在 低 温 下 就 能吸 附 。 2. 化 学 吸 附 ： 由 化 学 键 力 引 起 的 吸 附 ， 吸能 形 成 单 分 子 吸 附 层 ， 并 具 有 选 择 性 ，同 时 是 不 可 逆 的 ， 在 高 温 下 才 能 吸 附 。 上

3、 面 二 种 吸 附 往 往 是 相 伴 发 生 ， 而 不 能严 格 分 开 ， 是 几 种 吸 附 综 合 作 用 的 结 果 ，可 能 存 在 以 某 种 吸 附 为 主 。 硅 藻 土 过 滤 机 2.1.3吸 附 剂主 要 有 活 性 炭 、 磺 化 煤 、 沸 石 、 硅 藻 土 、焦 炭 、 木 炭 等 。1、 活 性 炭 的 制 造 高 温 炭 化 活 化 ,800900木 材 、 煤 、 果 壳 炭 渣 活 性 炭 隔 绝 空 气 ， 600 活 化 剂 ： ZnCl2 蒸 汽 高 温 活 化 粉 末 状 活 性 炭 粒 状 活 性 炭 （ 园 柱 状 、 球 状 ） ， 粒

4、 径24mm 棒 状 活 性 炭 ： 50mm， L=255mm 2.活 性 炭 的 细 孔 构 造 和 分 布 1.比 表 面 积 每 g活 性 炭 所 具 有 的 表 面 积 。 活 性 炭 的 比表 面 积 为 ： 5001700m2/g， 99.9%的 表 面积 ， 在 多 孔 结 构 颗 粒 的 内 部 。 2.细 孔 构 造 小 孔 ： 2nm， 0.150.90mL/g， 占 比 表 面积 的 95%以 上 ， 起 吸 附 作 用 ， 吸 附 量 以 小孔 吸 附 为 主 。 过 渡 孔 ： 2100nm， 0.020.10mL/g， 占 比表 面 积 2， 则 难 吸 附 。

5、1/n较 大 则 采 用 连 续 吸附 ， 反 之 采 用 间 歇 吸 附 。 CnKq lg/1lglg 3.BET公 式 （ 多 层 吸 附 ） （ 10-6）式 中 :qo单 分 子 吸 附 层 的 饱 和 吸 附 量 ,g/gCs吸 附 质 的 饱 和 浓 度 ,g/L B 常 数 ； C 平 衡 浓 度 ， g/L Ss CCBCC BCqq /)1(1)( 0 BET公 式 可 以 适 应 更 广 泛 的 吸 附 现 象 。 吸 附 量 q是 选 择 吸 附 剂 和 吸 附 设 备 的 重 要参 数 ， q决 定 吸 附 剂 再 生 周 期 的 长 短 ， q越 大 ， 再 生 周

6、 期 越 长 ， 再 生 剂 用 量 及 其费 用 越 小 。 q通 过 吸 附 试 验 来 确 定 。 取倒数： (107)BET公式包括了朗谬尔公式： 设 ， 且CCs，则BET公式可写成：令a=1/m，b=qo 朗谬尔式 SS CCBqBBqqCC C 00 11)(mCB s mC Cqm SCCmCSC CqmSCSCCmSCCSC CqmSCq /1 0/1 )/(1 0/1)/(1)( 0/ acabcq 1 2.2.2 吸 附 速 度 , 单 位 : 吸 附 速 度 V决 定 了 废 水 和 吸 附 剂 的 接触 时 间 ， V越 大 ， 则 接 触 时 间 越 短 ， 所 需

7、设 备 容 积 就 越 小 ， 反 之 亦 然 。 tqV / min)/( gg 吸 附 过 程 一 般 分 为 3个 阶 段 ： 1.液 膜 扩 散 （ 颗 粒 外 部 扩 散 ） 阶 段 2.颗 粒 内 部 扩 散 阶 段 3.吸 附 反 应 阶 段 ： 吸 附 质 被 吸 附 在 细 孔 内表 面 上 。 吸 附 反 应 速 度 非 常 快 ， V主 要 取 决 于 第 I、II阶 段 速 度 ， 而 颗 粒 外 部 扩 散 速 度 （ 液膜 扩 散 ） U=f(c、 d、 搅 动 ) 溶 液 浓 度 C， 则 U 颗 粒 直 径 d， 则 U 加 强 搅 动 ， 则 U 而 颗 粒

8、内 部 扩 散 速 度 V=f（ 细 孔 大 小 与构 造 ， 吸 附 质 的 d）吸 附 剂 颗 粒 直 径 d， V。 d的 大 小 对 内 、 外 部 扩 散 都 有 很 大 影 响 ，d ,V 。 所 以 ， 粉 末 状 活 性 炭 比 粒 状 活性 炭 的 吸 附 速 度 要 快 ， 接 触 时 间 短 ， 设备 容 积 小 。 2.2.3 吸 附 的 影 响 因 素1.吸 附 剂 的 性 质 ： 吸 附 剂 的 种 类 、 颗 粒 大小 、 比 表 面 积 ， 颗 粒 的 细 孔 构 造 与 分 布 、吸 附 剂 是 否 是 极 性 分 子 等 。2.吸 附 质 的 性 质 ：（

9、1） 溶 解 度 ： 越 低 越 容 易 吸 附 ， 具 有 较 大的 影 响 。（ 2） 使 液 体 表 面 自 由 能 W降 低 得 越 多 的 吸附 质 则 越 容 易 被 吸 附 。 （ 3） 极 性 ：极 性 吸 附 剂 易 吸 附 极 性 的 吸 附 质 。 （ 物 以 类 聚 ）非 极 性 吸 附 剂 易 吸 附 非 极 性 的 吸 附 质 。（ 4） 吸 附 质 分 子 的 大 小 和 不 饱 和 度 。活 性 炭 ： 易 吸 附 分 子 直 径 较 大 的 饱 和 化 合 物合 成 沸 石 ： 易 吸 附 分 子 直 径 小 的 不 饱 和 化 合 物（ 5） 吸 附 质 的

10、 浓 度 较 低 时 ， 提 高 C可 增 加 吸 附 量 。以 后 C， q增 加 很 小 ， 直 至 为 一 定 值 。 3.废 水 的 pH值 活 性 炭 一 般 在 酸 性 溶 液 中 比 在 碱 性 溶 液中 吸 附 效 果 较 好 。4.共 存 物 质 ： 对 于 物 理 吸 附 ， 共 存 多 种 物质 时 的 吸 附 比 单 一 物 质 时 的 吸 附 要 差 。5.温 度 ： 对 于 物 理 吸 附 ， T高 则 不 利 ， 吸 附量 减 少 。6.接 触 时 间 ： 应 保 证 吸 附 达 到 平 衡 时 的 时间 ， 而 该 时 间 的 大 小 取 决 于 吸 附 速 度

11、 V，V大 则 所 需 时 间 短 。 2.3 吸 附 操 作 方 式2.3.1 静 态 吸 附 使 废 水 与 吸 附 剂 搅 拌 混 合 ， 而 废 水 没 有自 上 而 下 流 过 吸 附 剂 的 流 动 ， 这 种 吸 附操 作 叫 静 态 吸 附 。2.3.2动 态 吸 附 废 水 通 过 吸 附 剂 自 上 向 下 流 动 而 进 行 吸附 。 1.吸 附 设 备（ 1） 固 定 床 ： 吸 附 剂 在 床 中 是 固 定 的 ， 废水 自 上 而 下 流 过 吸 附 剂 。 单 床 式 、 多 床 串 联 式 、 多 床 并 联 式 。 按 水 流 方 向 又 可 分 ： 升 流

12、 式 与 降 流 式 。（ 2） 移 动 床 ： 接 近 饱 和 的 吸 附 剂 从 塔 底 间歇 排 出 ， 每 次 卸 出 总 填 充 量 的 （ 520）%， 同 时 从 塔 顶 投 加 等 量 再 生 炭 或 新 炭 。（ 3） 流 化 床 ： 吸 附 剂 在 塔 内 处 于 膨 胀 状 态 。 2.穿 透 曲 线（ 1） 吸 附 带 ： 指 正 在 发 生 吸 附 作 用 的 那 段 填 充层 ， 在 吸 附 带 下 部 的 填 充 层 几 乎 没 有 发 生 吸附 作 用 ， 而 在 吸 附 带 上 部 的 填 充 层 已 达 到 饱和 状 态 ， 不 再 起 吸 附 作 用 。（

13、 2） 穿 透 曲 线 ： 以 吸 附 时 间 或 吸 附 柱 出 水 总 体积 为 横 坐 标 ， 以 出 水 吸 附 质 浓 度 为 纵 坐 标 所绘 制 出 的 曲 线 叫 穿 透 曲 线 。（ 3） 穿 透 点 ： 当 出 水 吸 附 质 浓 度 Ca为(0.050.10)Co时 所 对 应 的 出 水 总 体 积 或 吸 附 时间 的 穿 透 曲 线 上 的 那 一 点 叫 穿 透 点 。 （ 4） 吸 附 终 点 ： 出 水 浓 度 Cb为(0.900.95)Co时 所 对 应 的 出 水 总 体 积 的穿 透 曲 线 上 的 那 一 点 叫 吸 附 终 点 （ 耗 竭点 ） 。（

14、 5） 吸 附 带 长 度 ： 从 ta到 tb的 t时 间 内 ，吸 附 带 所 移 动 的 距 离 叫 吸 附 带 长 度 （ 6） 吸 附 带 的 移 动 速 度 V吸 附 带 =/ t 1，上式等号右边括号内的1可忽略不计，则工作时间t： （10-9） 临界高度ho：当t=0时，保证出水吸附质浓度C不超过Ca（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高度 （10-10） ho即吸附带高度，ho吸附反应越快。 VhKN /exp 0 1/ln1 000 0 eCCKChVCNt 1/ln 000 eCCKNVh 2.模 型 试 验 求 临 界 高 度 ho进 水 C 0 取 样 口2 31 出 水

15、C 0图 10-4 活 性 炭 炭 柱 （ 模 型 试 验 ） 截 距 ： ； ； ； 线 速 度 （ m/h） ； 以 不 同 的 V进 行 上 述 试 验 ， 将不 同 V时 的 No、 K、 ho作 图 ， 可 分 别 得 出 KV、NoV、 hoV三 条 曲 线 。图 10-5 t对 h的 图 解截距ln( )-1/KC 0C 0 Ce t h 斜 率 N0C0V 212 hhh 3213 hhhh 11 hh 1/ln/1 00 eCCKC 图 10-6 K、 N0h0对 V的 图 解0 V N0K h0 N0h0K 3.吸附塔设计 已知废水设计流量Q（m3/h），原水吸附质浓度Co

16、，出水吸附质允许浓度Ce。（1）吸附工作时间t吸附柱出水达到穿透点的时间，线速度 （m/h）查图得出K、No、ho （小时）（10-11） 24DQV 1/ln1 00000 eCCKChVCNt （ 2） 活 性 炭 每 年 更 换 次 数 n（ 吸 附 剂 再 生 次 数 ） （ 次 /a） （ 10-12）（ 3） 活 性 炭 年 消 耗 量 W （ m3/a） （ 10-13）（ 4） 吸 附 质 年 去 除 量 G（ kg/a） ：， Co、 Ce均 以 mg/L为 单 位(kg/a) （ 10-14） tn /24365 nhDW 4 2 )(8760 hnt 10000 eCCn

17、QtG )(76.8 0 eCCQG (5)吸 附 效 率 E （ 10-15）式 中 ： No达 到 饱 和 时 吸 附 剂 的 吸 附 量 ， （ kg/m3）h炭 层 高 度 ； ho临 界 高 度则 ： （ 10-16） %1000 GGE 4 200 hnDNG %100 0 hhhE 例 题某 纺 织 厂 在 合 成 高 聚 合 物 后 ， 洗 涤 水 采用 活 性 炭 吸 附 处 理 。 处 理 水 量 （ Q） 为150m3/h,原 水 平 均 CODCr为 90mg/L,出 水CODCr要 求 小 于 30mg/L.试 根 据 下 列 设 计参 数 计 算 活 性 炭 吸 附

18、 塔 的 基 本 尺 寸 。 （ 1） 该 活 性 炭 的 吸 附 量 q=0.12gCOD/g碳 （ 2） 废 水 在 塔 中 的 下 降 流 速 v2=6m/h （ 3） 接 触 时 间 t=40min （ 4） 碳 层 密 度 =0.43t/m3 2.4.2 通 水 倍 数 法 按 穿 透 时 每 kg吸 附 剂 所 通 过 的 废 水 的 体积 （ m3） 计 算 。 设 计 吸附容量的通水倍数：单位重量的炭可处理的水量。若采用单柱吸附，则处理水量为Va，通水倍数为Va/M；若采用多柱串联，则每柱可处理水量增加到Vb，通水倍数为增加为Vb/M。到达吸附终点时，去除的溶质总量相当于穿透曲

19、线与过C0点的水平线之间的面积，可用图解积分求出： dVCC bV 0 0 ）（去 除 的 总 量 （ 11-29） 设 计若为多柱串联，则串联级数为： abVVn （ 11-30）通 水 倍 数装 炭 量 QT （ 11-31） 习 题某 石 油 化 工 厂 拟 采 用 活 性 炭 吸 附 法 对 炼 油废 水 进 行 处 理 。 处 理 水 量 为 Q=800m3/h, 进 水 COD浓 度 为 C0=100mg/L,要 求 出 水 的CODCr浓 度 为 Ce=30mg/L.试 根 据 下 列 数据 计 算 吸 附 塔 的 主 要 工 艺 尺 寸 （ 采 用 间 歇式 固 定 床 吸 附

20、 塔 ） 。 （ 1） 通 水 倍 数 w=6.0m3/kg （ 2） 空 塔 速 度 v=10m/h （ 3） 接 触 时 间 t=30min （ 4） 碳 层 密 度 =430kg/m3 2.4.3 吸 附 法 在 废 水 处 理 中 的 应 用1.活 性 炭 对 有 机 物 的 吸 附 特 别 适 合 于 难 降 解 的 有 机 物 和 用 一 般 方法 难 以 去 除 的 溶 解 性 有 机 物 用 吸 附实 验 确 定 去 除 率 。 2. 对 无 机 物 的 吸 附 活 性 炭 对 金 属 具 有 很 强 的 吸 附 能 力 。3. 废 水 吸 附 法 处 理 实 例 。（ 1）

21、染 料 化 工 废 水 处 理 。（ 2） 铁 路 货 车 洗 刷 废 水 处 理 。（ 3） 火 药 （ TNT） 化 工 废 水 处 理 。 4、 某 工 业 废 水 拟 用 活 性 炭 A和 B吸 附 有机 物 （ 以 BOD表 示 ） ， 经 静 态 吸 附 实 验获 得 如 表 3 1中 的 平 衡 数 据 ， 试 求 两 种炭 的 吸 附 等 温 式 ， 并 选 择 活 性 炭 的 种 类 ，说 明 选 择 的 主 要 依 据 是 什 么 ？ 废 水 初 始 浓 度（ mg/L） 平 衡 浓 度（ mg/L）活 性 炭 A 平 衡 浓 度（ mg/L）活 性 炭 B10 0.52

22、0.520 1.2 1.0540 2.9 2.380 11.1 5.9160 30.0 22.2320 80.1 60.2 5、 活 性 炭 吸 附 试 验 结 果 如 下 ：（ 1） 求 弗 罗 德 利 希 （ Freundlich） 吸 附 公 式 的 K和 n值 。烧 杯 编 号 活 性 炭 量（ mg） 平 衡 浓 度（ mg/L） （ mg/mg） 1 0 75.0 2 50 44.0 0.124 3 100 30.0 0.089 4 200 17.5 0.0575 5 500 6.7 0.0272 6 800 3.9 0.0177 7 1000 3.0 0.0144 处 理 能 力

23、 ， m3/d 1859 567 720 378.5 16000除 去 的 污 染 物 染 料 杀 虫 剂 酚 多 元 醇 炼 油 废 水COD进 水 中 有 机 物 浓度 ， mg L 200 50200 4002500 700 250出 水 浓 度 ， mgL 无 颜 色 酚 1 1 2 30流 速 ， m3 min 1.32 0.36 0.5 0.26 11接 触 时 间 ， min 40-44 53 75 2024 50活 性 炭 规 格 ，mm 12 40 12 4O 8 30 8 30活 性 炭 用 量 ， m3 56.6 8吨 塔 36.8 384-578(kg/d) 260吨

24、吸 附 床 (池 )尺 寸 ，m 2 9 2.44 10.7(2个 ) 3.259.3 1.2 4.6 3.6 3.67.8装 置 类 型 升 沉 式 移动 床 升 流 式 移动 床 串 联 降 流 固定 床 升 流 式 移 动床 降 流 式 吸附 滤 池 表 7-4 部 分 工 业 废 水 吸 附 处 理 实 例 思 考 题1、 何 谓 吸 附 等 温 线 ？ 常 见 的 吸 附 等 温 线 有 哪 几种 类 型 ？ 吸 附 等 温 式 有 哪 几 种 形 式 及 应 用 场合 如 何 ？2、 什 么 叫 生 物 活 性 炭 法 ， 有 什 么 特 点 ？3、 什 么 物 质 易 为 活 性

25、 炭 吸 附 ？ 什 么 物 质 难 于 被吸 附 ？4、 何 谓 吸 附 带 与 穿 透 曲 线 ？ 吸 附 带 的 吸 附 容 量如 何 利 用 ？ 常见吸附分离（吸附剂） 活 性 炭 和 分 子 筛 巯 基 棉 纤 维 和 泡 沫 塑 料 大 孔 性 吸 附 树 脂 硅 胶 、 氧 化 铝 等 吸 附 剂 纳 米 材 料 壳 聚 糖 磁 微 球 等 活性炭分离 活 性 炭 是 常 用 的 吸 附 剂 ， 表 面 积 约 100 1000 m2 /g ， 粒 度 Au（ ） -Se（ ） Te（ ）As（ ） Hg（ ） -Ag（ ） Sb（ ） Bi（ ）Sn（ ） CH3Hg In（

26、） -Pb（ ） Cd（ ）Zn（ ） 巯 基 棉 对 碱 金 属 、 碱 土 金 属 无 亲 和 性 ； 而 对 亲 硫元 素 吸 附 性 能 好 。 各 种 亲 硫 的 金 属 成 分 可 与 较 高 浓度 的 K 、 Na 、 Mg2 、 Ca2 、 Sr2 、 Fe3 、 Mn2 、 Cr3 分 离 。 应用 水 、 粮 食 和 土 壤 中 W的 测 定 微 分 脉 冲 极 谱 催 化 波 法 ， Mo有 干 扰 。 控 制 pH2-7试 液 流 过 巯 基 棉 ， W被 定 量 吸 附 ， 用 6N HNO3洗脱 后 测 定 。 化 学 发 光 测 定 水 、 血 液 和 矿 石 中

27、 Co Hg（ ） 、 Bi（ ） 、 Pb（ ） 、 Cu（ ） 干扰 Co的 化 学 发 光 测 定 。 在 pH4条 件 下 ， 让 试 液 流过 巯 基 棉 ， 干 扰 离 子 被 吸 附 ， 流 出 液 可 直 接 测 定 。 聚氨酯泡沫塑料 泡 沫 塑 料 广 泛 用 于 各 种 介 质 中 痕 量 无 机 及有 机 化 合 物 的 富 集 分 离 ， 即 它 们 可 在 稀 溶 液中 选 择 吸 附 多 种 有 机 和 无 机 化 合 物 ， 如 油 、苯 、 三 氯 甲 烷 、 苯 酚 以 及 I2、 Hg（ ） 、 Au（ ） 、 Fe（ ） 、 Sb（ ） 、 Tl（ ）

28、、Re（ ） 、 Mo（ ） 、 U（ ） 等 。 聚 氨 基 甲 酸 乙 酯 泡 沫 塑 料 对 Au、 Tl的 吸 附 聚 氨 基 甲 酸 乙 酯 泡 沫 塑 料 由 于 含 有 聚 醚 氧 结 构 ， 适宜 于 接 受 1， 2价 络 阴 离 子 ， 它 的 吸 附 类 似 于 阴 离 子 交换 树 脂 的 行 为 ， 有 较 好 的 选 择 性 。 等 以 离 子 形 式 存 在时 ， 几 乎 不 被 泡 塑 吸 附 ， 只 有 以 （ MeX4） -型 络 离 子时 ， 泡 塑 吸 附 才 有 可 能 。 环 境 样 品 中 有 机 污 染 物 的 富 集 聚 氨 酯 类 泡 沫 可

29、 用 于 富 集 痕 量 有 机 污 染 物 ， 如 空 气中 PAHs， 或 水 中 的 PAHs、 有 机 杀 虫 剂 和 苯 酚 等 。 大孔性吸附树脂大 孔 性 树 脂 的 特 性 大 孔 吸 附 树 脂 是 一 种 不 含 交换 基 团 的 , 具 有 大 孔 结 构 的 高分 子 吸 附 剂 。 这 是 一 种 新 型 的介 于 离 子 交 换 树 脂 和 活 性 炭 之间 的 优 良 吸 附 剂 。 通 常 大 孔 性树 脂 是 聚 苯 乙 烯 和 二 乙 烯 苯 的共 聚 物 ， 它 们 具 有 多 孔 性 的 巨大 网 状 结 构 。 大 孔 吸 附 树 脂 具 有 吸 附

30、容 量 大 、 选 择 性 好 、易 于 解 吸 、 机 械 强 度 高 、 再 生 处 理 简 便 、 吸附 速 度 快 等 优 点 , 特 别 适 用 于 从 水 溶 液 中 分离 低 极 性 或 非 极 性 化 合 物 。 大孔吸附树脂的应用 XAD-2对 PAH s、 烷 基 苯 、 农 药 和 除 莠 剂 的 富 集GDX-101对 污 水 中 吡 啶 碱 硝 基 物 苯 胺 类 等 微 量 有 机 化 合 物 吸附 效 果 很 好 ， 再 用 CS2萃 取 洗 脱 进 行 GC-FID分 析 可 满 足 排 放污 水 监 测 要 求 。 氨 基 糖 甙 样 品 脱 盐 ： 将 碱

31、性 水 溶 液 的 氨 基 糖 甙 ， 通 过 大 孔吸 附 树 脂 ， 氨 基 糖 甙 能 形 成 集 中 的 吸 附 带 ， 而 盐 溶 液 则 快 速通 过 树 脂 柱 ， 去 盐 后 可 用 (10 - 20) %的 含 水 醇 或 丙 酮 洗 脱 吸 附物 。 冬 虫 夏 草 有 效 成 分 的 吸 附 分 离 ： H-103吸 附 树 脂 对 核苷 类 化 合 物 和 芳 香 性 氨 基 酸 而 与 糖 类 和 非 芳 香 性 氨 基 酸 分 离 纳米分离富集材料分 析 科 学 学 报 ， 2000， 16（ 4） ： 300 “ 纳 米 二 氧 化 钛 分 离 富 集 和ICP-

32、AES测 定 水 样 中 Cr( )/Cr( )” 纳 米 材 料 是 近 年 来 受 到 广 泛 重 视 的 新 兴 材 料 ， 纳 米 粒子 的 粒 径 在 1-100nm之 间 ， 属 于 原 子 簇 与 宏 观 物 体 交界 的 过 渡 状 态 ， 它 既 非 典 型 的 微 观 体 系 ， 又 非 典 型 的宏 观 体 系 ， 具 有 一 系 列 新 异 的 物 理 化 学 特 性 ， 具 备 一些 优 于 传 统 材 料 的 特 殊 性 能 。 其 中 一 点 是 随 着 粒 径 的减 少 ， 表 面 原 子 数 迅 速 增 大 ， 表 面 积 、 表 面 能 和 表 面结 合 能

33、 都 迅 速 增 大 ， 表 面 原 子 周 围 缺 少 相 邻 的 原 子 ，具 有 不 饱 和 性 ， 易 于 其 它 原 子 相 结 合 而 稳 定 下 来 ， 因而 具 有 很 大 的 化 学 活 性 。 研 究 表 明 ， 纳 米 材 料 对 许 多 过 渡 金 属 离 子 具 有 很 强的 吸 附 能 力 ， 且 具 有 较 高 的 选 择 性 ， 是 痕 量 元 素 分析 较 为 理 想 的 分 离 富 集 材 料 。 在 pH6.5条 件 下 ， 纳 米 二 氧 化 钛 对 溶 液 中 的 Cr( ) 选 择 性 吸 附 ， 通 过 ICP-AES测 定 对 水 样 Cr进 行

34、 形 态分 析 。 二 氧 化 钛 为 两 性 化 合 物 ， 在 中 性 或 弱 碱 性 条 件 下 带负 电 ， 它 可 以 选 择 性 地 吸 附 Cr3+， 而 Cr( ) 以 酸 根离 子 存 在 不 被 吸 附 。 问 题 ： 富 勒 烯 可 以 作 为 分 离 富 集 材 料 吗 ？ 壳 聚 糖 吸 附 O O OH CH2OH NHCOCH3n O O OH CH2OH NH2 nChitin Chitosan脱 乙 酰 化 1、 衍 生2、 配 位 壳 聚 糖 中 的 -NH 2基 非 常 活 泼 ， 可 直 接 与 金 属 离 子 发 生 螯 合 ，同 时 -OH基 也 具

35、 有 活 性 功 能 ， 也 可 以 与 金 属 离 子 发 生 作 用 。 甲 壳 素 （ ） 是 一 种 线 性 氨 基 多 糖 ， 广泛 存 在 于 节 足 动 物 类 （ 蜘 蛛 类 、 甲 壳 类 ） 的 翅 膀 或外 壳 中 。 甲 壳 素 的 化 学 名 为 （ ， ） 乙酰 氨 基 脱 氧 葡 聚 糖 ， 也 称 为 聚 （ 乙 酰 基 葡 糖 胺 ） 。 由 于 型 及 型 氨 键 的 作 用 ， 使 甲 壳 素 大 分 子 间存 在 有 序 结 构 。 壳 聚 糖 （ 简 称 ） 是 由 甲 壳 素经 脱 乙 酰 化 反 应 转 化 变 成 的 分 子 量 为 万的 生 物

36、 大 分 子 。 壳 聚 糖 的 化 学 名 为 聚 （ ， ） 氨 基 脱 氧 葡 聚 糖 。 其 分 子 链 中因 脱 乙 酰 基 不 完 全 通 常 含 有 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 和 氨 基 葡 萄 糖 两 种 结 构 单 元 。 由 于 甲 壳 素 、 壳 聚 糖 及 其 衍 生 物 具 有 吸 附 、 离 子 交 换 和 潜 在分 子 手 性 等 特 性 ， 它 们 在 分 析 测 试 中 的 具 有 一 定 的 应 用 ， 包括 复 杂 样 品 的 分 离 富 集 、 新 型 分 离 材 料 、 膜 分 离 以 及 手 性 拆分 等 。 （ 1） 在 光 度 分 析 中 的

37、应 用 一 般 认 为 ， 壳 聚 糖 能 通 过 分 子 中 的 氨 基 ， 羟 基 与 金 属 离 子Hg2+， Ni2+， Pb2+， Cd2+， Cr3+， Mg2+， Zn2+， Cu2+， Fe3+都可 形 成 稳 定 的 螯 合 物 。 在 分 析 测 试 中 也 可 以 用 于 复 杂 样 品 中痕 量 金 属 元 素 的 分 离 富 集 。（ 2） 在 电 分 析 中 的 应 用 甲 壳 素 、 壳 聚 糖 在 电 分 析 方 面 的 应 用 主 要 在 修 饰 电 极 和 传 感器 两 个 方 面 。 （ 3） 色 谱 与 电 泳 组 成 壳 聚 糖 的 每 个 氨 基 葡

38、 糖 含 有 一 个 伯 胺 基 和 两 个 羟基 ， 因 此 ， 在 色 谱 分 离 过 程 中 ， 分 析 物 与 壳 聚 糖 固 定相 之 间 可 能 存 在 三 种 不 同 的 相 互 作 用 ： 氨 基 质 子 化 引起 的 阴 离 子 交 换 作 用 ， 羟 基 的 吸 附 作 用 以 及 其 它 疏 水作 用 。 哪 一 个 因 素 起 主 要 作 用 取 决 于 流 动 相 的 性 质 。在 色 谱 和 电 泳 分 析 方 面 的 主 要 应 用 有 亲 合 色 谱 、 毛 细管 电 泳 添 加 剂 和 手 性 色 谱 固 定 相 等 方 面 。 从 70 年 代 起 ， 甲

39、壳 素 和 壳 聚 糖 作 为 一 类 有 效 的 分 离 介 质 ， 陆续 在 分 析 化 学 杂 志 上 有 些 报 道 。 甲 壳 素 、 壳 聚 糖 及 其 衍 生 物 具有 吸 附 、 离 子 交 换 和 潜 在 分 子 手 性 等 特 性 ， 它 们 在 分 析 测 试 中的 具 有 一 定 的 应 用 ， 包 括 复 杂 样 品 的 分 离 富 集 、 新 型 分 离 材 料 、膜 分 离 以 及 手 性 拆 分 等 。 如 甲 壳 素 、 壳 聚 糖 分 子 具 有 大 量 活 性 的 -OH和 -NH2， 它 们 对重 金 属 离 子 具 有 较 强 的 选 择 性 吸 附

40、， 且 吸 附 和 解 吸 速 度 快 ， 同时 还 具 有 性 质 稳 定 ， 来 源 丰 富 ， 制 备 简 单 ， 可 重 复 使 用 等 优 点 。因 此 作 为 一 种 新 型 的 金 属 阳 离 子 吸 附 剂 ， 它 们 已 受 到 人 们 的 关注 。 人 们 对 甲 壳 素 、 壳 聚 糖 的 吸 附 机 理 进 行 了 研 究 。 一 般 认 为 ，壳 聚 糖 能 通 过 分 子 中 的 氨 基 ， 羟 基 与 金 属 离 子 Hg 2+， Ni2+，Pb2+， Cd2+， Cr3+， Mg2+， Zn2+， Cu2+， Fe3+都 可 形 成 稳 定 的螯 合 物 。 甲

41、 壳 素 、 壳 聚 糖 的 对 重 金 属 良 好 的 吸 附 性 质 ， 除 了 在 分 析测 试 中 也 可 以 用 于 复 杂 样 品 中 痕 量 金 属 元 素 的 分 离 富 集 ， 在环 境 保 护 中 的 废 水 处 理 有 广 泛 的 应 用 。 壳 聚 糖 富 集 分 光 光 度 法 测 定 水 中 痕 量 镍 。 壳 聚 糖 在 pH约 为6.5， 富 集 速 度 为 3-4ml/min下 ， 用 H2SO4(1ml/min)洗 脱 ， 利用 丁 二 酮 肟 分 光 光 度 法 测 定 镍 ( )。 脱 乙 酰 度 为 54.5%为 最佳 。 此 外 ， 甲 壳 素 /壳

42、 聚 糖 也 可 以 用 于 有 机 物 的 吸 附 分 离 。 例 如壳 聚 糖 对 酸 性 染 料 的 吸 附 作 用 ， 被 认 为 壳 聚 糖 对 酸 性 染 料 分子 表 现 出 的 较 强 的 吸 附 能 力 ， 主 要 是 其 分 子 链 中 的 游 离 氨 基与 酸 性 染 料 分 子 中 磺 酸 根 负 离 子 键 合 作 用 的 结 果 。 磁微球在生化分离中的应用（ 景 晓 燕 、 朱 果 逸 等 ， 分 析 化 学 ， 1999， 27： 1462） 磁 分 离 技 术 利 用 外 加 磁 场 作 用 使 具 有 磁 性 物 质 分 离 ： 燃 煤 脱 硫 大 气 除 （ 磁 性 ） 粉 尘 （ 磁 性 ） 废 水 处 理 磁 微 球 是 以 金 属 或 金 属 氧 化 物 为 核 ， 外 面 包 被 带 有活 性 基 团 物 质 的 一 种 新 型 生 物 分 离 材 料 。 微 球 通 过 其活 性 基 团 与 化 学 、 生 化 和 生 物 物 质 连 接 后 ， 利 用 其 顺磁 性 外 加 一 定 磁 场 实 现 与 介 质 的 分 离 。 磁 核 ： Fe 3O4 表 面 活 性 基 团 ： -OH、 -COOH、 -NH2、 -CONH2