吸收（化学） · aiwiki.page

在化学中，吸收是指一种物质进入另一种材料内部的过程。被吸收的物质称为吸收质，接纳该物质的材料称为吸收剂。在化学工程中，这一术语通常指将气体混合物中的某一组分转移到液体溶剂中。吸收可能涉及物理溶解、化学反应，或两者兼有。吸收与吸附的根本区别在于，物质进入材料内部，而不是聚集在界面上。(goldbook.iupac.org)

术语与范围

吸收和吸附描述的是被吸收或吸附的物质所处的位置，而不只是是否形成了化学键。被吸附的物质富集在表面；被吸收的物质则进入接纳它的相中。这两种过程可以发生在同一个体系内。当具体机制尚不明确、难以区分，或同时包含这两种过程时，可使用涵盖范围更广的术语**吸着**。例如，聚合物吸着剂可以通过表面吸附或内部吸收发挥作用。(media.iupac.org)

“吸收”一词也指能量从电磁辐射转移到物质的过程。这一用法是光谱学的核心概念之一，与本文讨论的物质摄取过程不同。辐射吸收涉及能量转移；化学领域中的吸收则涉及物质的摄取。(goldbook.iupac.org)

物理吸收与化学吸收

物理吸收

在物理吸收中，气体组分溶解于液体，并不依靠化学反应将其留在液体中。吸收量取决于气体与溶剂之间的平衡以及相间传递过程。重要性质包括平衡溶解度、扩散系数、密度和黏度。较低的温度通常有利于气体的物理吸收，但具体规律仍须针对特定的气体—溶剂体系确定。(nepis.epa.gov)

物理吸收溶剂用于高压气体处理，包括脱除二氧化碳及其他酸性气体。溶剂对目标组分的亲和力及操作条件决定了其适用性；能够有效吸收某一种气体的液体，不一定适合吸收另一种气体。(netl.doe.gov)

化学吸收

在化学吸收中，溶解过程与吸收液中的反应相耦合。反应消耗已溶解的物质，从而可以使气体中的该物质继续被吸收。例如，碱性洗涤液能够吸收酸性气体，并将其转化为盐。含有氢氧化钠、碳酸钠或氢氧化钙的水溶液可用于这一目的。(nepis.epa.gov)

反应并不能消除传递过程的限制。反应很快时，气相向液相的传递可能成为控制步骤；反应较慢时，则需要明确考虑化学动力学。因此，伴随反应的吸收是传递与反应相耦合的过程，而不是用反应替代跨界面的物理传递。(epa.gov)

平衡与亨利定律

对于溶解浓度较低的气体，平衡时的液相浓度与气相分压之间的关系，通常可用**亨利定律**表示。其中一种写法为

c_A^{*}=H_{\mathrm{s}}^{cp}p_A,

其中， $c_A^{*}$ 是溶解物种 $A$ 的平衡物质的量浓度， $p_A$ 是其分压， $H_{\mathrm{s}}^{cp}$ 是以浓度—压强形式表示的亨利定律溶解度常数。在温度一定时，这一表达式表明，分压越高，平衡吸收量越大。亨利定律是适用于稀溶液的极限关系，而不是在任意浓度或压强下都成立的普遍描述。(old.goldbook.iupac.org)

亨利常数有多种表示约定。溶解度常数与挥发度常数所表达的关系互为倒数，其数值取决于所使用的浓度和压强单位。应用在不同条件下测得的数据时，还必须考虑温度依赖性。(iupac.org)

如果溶解的气体发生解离或反应，其在液体中的总浓度不一定等于亨利定律中所涉及的分子物种浓度。此时，计算除物理溶解外，还必须考虑化学平衡。忽略这一区别，可能导致对吸收容量的错误估算。(nist.gov)

传质与吸收设备的运行

平衡决定了气相与液相组成之间的关系，但仅凭平衡并不能确定吸收进行的快慢。**传质**取决于两相的接触情况、传递性质，以及实际操作组成偏离平衡的程度。因此，吸收设备的计算需要将平衡数据与流量及传递特性相结合。仅有较高的平衡吸收容量，并不能保证某一设备达到所需的脱除效果。(epa.gov)

工业吸收设备利用润湿的填料、塔板或液滴，使气液两相充分接触：

**填料塔**将液体分布在填料表面，同时让气体通过填料间的空隙。
板式塔使两相在各层塔板上依次接触。
喷淋塔将液体分散成液滴，喷入气流中。

逆流填料塔从接近塔顶的位置引入液体，从接近塔底的位置引入气体。液体向下流动，气体则向上流动。此外，也有采用错流方式的设备。(epa.gov)

液体分布器有助于均匀润湿填料，除雾器则可减少出口气体夹带的液滴。喷淋塔的机械结构简单，但传质能力相对有限，因此通常更适合处理易于吸收的气体。(epa.gov)

操作流量受到实际条件的限制。液体流量不足可能导致填料润湿不充分；气体流量过大则可能阻碍液体向下流动，并引起液泛。压降会增加风机的能耗。溶解或反应释放的热量可能改变设备内的温度分布及吸收效果。(epa.gov)

应用、再生与局限性

吸收用于净化气流、回收有价值的组分，以及控制气态污染物排放。湿式洗涤器常用于脱除无机气体，包括氨、二氧化硫和氯化氢。吸收也用于回收可溶性有机蒸气，不过，在排放控制中的应用很大程度上取决于能否找到合适的溶剂，并妥善处理吸收后产生的液体。(nepis.epa.gov)

溶剂吸收是碳捕集的重要方法。二氧化碳通过物理吸收或化学吸收，从气体转移到液体载体中。相关性能指标包括吸收容量、对杂质的耐受性，以及溶剂再生所需的能量。(netl.doe.gov)

吸收了目标组分的吸收剂可以再生后循环使用，也可以经处理去除反应产物，或废弃后更换。再生是一项独立的工艺要求：从气体中捕集某一组分，本身并不意味着获得了可用的回收产品，也不意味着解决了废物处理问题。因此，洗涤器的监测项目包括液体流量、出口气体组成、压差，以及在适用情况下的酸碱度或吸收剂浓度。(epa.gov)

吸收系统可能出现起泡、结垢、腐蚀、溶剂污染和溶剂损失等问题。这些问题会降低分离效果和设备可靠性。因此，选择吸收剂时不能只追求吸收量最大，还需要考虑其与进料的相容性、选择性、再生能力及污染控制。(netl.doe.gov)

参考来源

Air Pollution Control Technology Fact Sheet: Packed Bed Packed Tower Wet Scrubbernepis.epa.gov
Patented Solvent Technology Offers Efficient Process for CO2 Capturenetl.doe.gov
Henry’s Law Constantsiupac.org
The Solubility of Gases in Liquidssrdata.nist.gov
Avoid Common Pitfalls when using Henry’s Lawnist.gov
Chapter 1 Section 5.2 — Wet Scrubbers for Acid Gasepa.gov
Monitoring by Control Technique — Wet Scrubber For Gaseous Controlepa.gov