[科普中国]-吸附速度

吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。是衡量吸附处理过程中吸附效果的主要指标之一。吸附速度越快，则达到吸附平衡的时间越短，吸附设备越小。吸附速度主要由吸附质颗粒的外部扩散(膜扩散)速度和内部扩散速度来控制，与吸附剂和吸附质的颗粒大小、表面积、结构有关，也与溶液的搅动程度、温度等因素有关1。

简介利用质量传递微分方程 ,根据多孔颗粒的边界条件建立了理论模型，推导出了多孔颗粒的吸附速度方程，并以水工质对为例，对其正确性进行了验证；同时，从机理上确定了传质系数 K与相关的各参数之间的函数关系，求出了该方程中的参数ε的函数表达式。由于吸附的情况是多种多样的，很难 用一个简单的理论来描述，因而许多理论模型被陆续提出。同时，人们也对复杂的多孔颗粒动态吸附过程给出了许多不同的解释。

吸附速度的理论分析吸附剂在流体中吸附物质的速度，可以分为以下3种，其中最慢的起控制作用吸附剂周围流体界膜内组分物质的迁移速度；吸附剂颗粒内被吸附组分的扩散速度；吸附剂内部表面上的吸附反应速度。试样为球形颗粒，半径为R；颗粒外表面压力P在扩散过程中保持不变；颗粒内部温度T分布均匀，且在扩散过程中保持不变；扩散过程遵循 Arrhenius 关系，扩散系数在某 一瞬时沿径向保持不变；颗粒内部无化学反应；扩散在停滞介质中进行，即吸附剂不动；颗粒内部的多孔结构是均匀的，吸附质的浓度仅沿径向变化，且外表面的吸附质的浓度保持不变；扩散开始时，颗粒内部的吸附质浓度分布均匀2。

吸附速度理论模型的推广对多孔吸附颗粒在非稳态情况下的传质速度进行求解。当非平衡吸附过程进行的比较缓慢时，可以对吸附过程作如下的近似处理的曲线为一任意制冷过程中，当量半径为R的吸附剂所含吸附质的变化曲线。在时刻1的状态参数分别为:温度7、压力P吸附量。若计算步长为△r，在前一步长点吸附质在吸附剂内的比率为。则假想以点1为原点，将过程1-2之间的曲线放大便可得到一个模型图。当△r足够小时，作为近似处理，可以认为点2由点1经等温过程得到的。并假设在点1处，颗粒内浓度分布均匀。这样，可以对吸附过程进行求解。

对吸附速度的理解利用质量传递微分方程，通过理论推导得出了吸附速度方程的一般式，同时，从机理上确定了传质系数K与相关的各参数之间的函数关系，吸附速度方程中的参数e并非常数。利用近似的方法得出了方程中参数ε的简单函数表达式，从而为实际系统模拟中进行吸附速度的准确计算奠定了基础。当非平衡吸附过程进行的比较缓慢时，可以利用该e的简单函数表达式，对吸附过程的吸附速度进行求解2。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学