第六章吸附分离法
第06章_吸附法净化气态污染物
<1.9
（2）硅胶
硅胶的分子式通常用SiO2·nH2O表示。由H2 SiO3溶液经 过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达800 m2/g。 工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。 硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等 有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱 水。
活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、 煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、 氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。
（4）分子筛
沸石分子筛也称为沸石，是硅铝酸金属盐的晶体， 它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是 对水有很大的亲和能力，一般比表面积可达750 m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分 离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二 甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。
氧化铝 10X分子筛
树脂
活性炭
活性炭纤维
2）分类
吸附剂可分为两大类：天然（如硅藻土、白土、天 然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化铝、 硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等）。
（1）活性炭
活性炭是最常用的非极性吸附剂。为疏水性和亲有 机物的吸附剂，具有很高的比表面积，活性炭的主 体是炭，表面上的官能团较少，极性较弱，对烃类 及衍生物的吸附能力强。
（3）通过微孔的扩散。利用气体在多孔固体中扩散速率的 差别可以将混合物分离。
（4）微孔中的凝聚。多数情况下毛细管上的可凝气体会在 小于其正常蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。因此多孔固体 周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。
2）化学吸附：是吸附质和吸附剂分子间的化学键作用所引 起的吸附，也称为“活性吸附”。
化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。 用于回收气体中的有机气体，脱除废水中的有机物， 脱除水溶液中的色素。
水质工程学 第六章 吸附与吸收
1．Langmuir等温式
Langmuir假设吸附剂表面均一，各处的吸附能相同：吸 附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附 量达到最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附 质转移运动；达动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。
式中
qe
abce 1 bce
qe-平衡吸附量
ce-液相平衡浓度
3．表面化学性质
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物， 其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。一般把表面氧化 物分成酸性的和碱性的两大类.经常指的酸性氧化物基因有： 羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基、萤光型内酯基、羧酸 酐基及环式过氧基等。酸性氧化物在低温（＜500℃）活化 时形成。对于碱性氧化物的说法尚有分歧．碱性氧化物在高 温（800～1000℃）活化时形成，在溶液中吸附酸性物。
也不同。总吸附量等于各层吸附量之和。由此导出的二常数
B.E.T.等温式为：
qe
cs
ce
Bac e
1 B
1ce
/
cs
式中 cs—吸附质的饱和浓度； B—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关。
3．Freundlich等温式
此为指数函数型式的经验公式：
qe
Kc
1 e
/
n
式中，K称为Freundlich吸附系数，n为常数，通常大于1。
2．孔结构 吸附剂的孔结构如图7-6所示。
吸附剂内孔的大小和分布对吸附 性能影响很大。孔径太大，比表 面积小，吸附能力差；孔径太小， 则不利于吸附质扩散，并对直径 较大的分子起屏蔽作用，
通常将孔半径大于0.1μm的称为大孔，2×10-3～0.1μm 的称为过渡孔，而小于2×10-3的称为微孔。大部分吸附表 面积由微孔提供。采用不同的原料和活化工艺制备的吸附 剂其孔径分布是不同的。再生情况也影响孔的结构。分子 筛因其孔径分布十分均匀，而对某些特定大小的分子具有 很高的选择吸附性。
第六章 吸附分离
第六章 吸 附 分 离
1. 离子交换吸附特点
1） 吸附剂其它性质不变，对相反离子的吸附是动态 平衡过程。 2）吸附强弱与吸附剂表面的电荷密度有关。 3）吸附强弱取决于被吸附离子的电荷数与离子的水 化半径大小。离子带电荷越多，在吸附剂表面的吸 附力越强；电荷相同时，水化半径越小，越易被吸 附。 4）吸附有电性选择性，吸附相反电荷离子。
第六章 吸 附 分 离
产生吸附原因---吸附作用力 物理吸附，化学吸附，固液相多种相互作用力
离疏亲 子水和 交作吸 换用附 吸吸 附附
第六章 吸 附 分 离
3. 吸附剂（adsorbent）
固体表面对溶质的吸附作用是由固体的表面力所引 起。表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂，是 吸附作用的主体。
第六章 吸 附 分 离
吸引力
合力
5）作用力与分子间距关系 分子间距离大时，范德华力
较弱。分子间距离小，范德
吸引力
华力增大，有利于分子间吸
附。当距离过小时，产生推
距离
0
A
推斥力
B 斥力。 最佳距离为吸附分子中心间
的距离比一个分子半径稍大
一点OA， 吸附物分子处于
最稳定状态。
推斥力
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
一、吸附分离概述 二、吸附的理论基础 三、离子交换吸附 四、生物分子的吸附类型 五、吸附分离工艺
第六章 吸 附 分 离
一. 吸附分离概述
1. 吸附（adsorption） 吸附是相转移过程，溶质从气相或液相转移到固相
发生在表面----吸附？？ 发生在全相----吸收？？
《分离工程》思考题及习题(整理)(1)
《生化分离工程》思考题及习题第一章绪论2、生化分离工程有那些特点？3、简述生化分离过程的一般流程？第二章预处理与固-液分离法1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？2、何谓絮凝？何谓凝聚？各自作用机理是什么？3、发酵液中去除杂蛋白的原因是什么？方法主要有那些？7、何谓密度梯度离心？其工作原理是什么？第三章细胞破碎法1、革兰氏阳性菌和阴性菌在细胞壁在组成上有何区别？2、细胞破碎主要有那几种方法？3、机械法细胞破碎方法非机械破碎方法相比有何特点？4、何谓化学破碎法？其原理是什么？包括那几种？5、何谓酶法破碎法？有何特点？常用那几种酶类？第四章萃取分离法1、何谓溶媒萃取？其分配定律的适用条件是什么？2、在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？5、某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D, 现用醋酸丁酯进行多级萃取。
已知平衡常数K=57.0，料液流量450升/时，有机相流量20升/时。
为达到此抗生素收率为98%的要求，需要多少级的萃取过程？(计算题)8、何谓双水相萃取？双水相体系可分为那几类？目前常用的体系有那两种？9、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离？第五章沉淀分离法1）何谓盐析沉淀？其沉淀机理是什么？有何特点？2) 生产中常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？3) 何谓分步盐析沉淀？4）何谓等电点沉淀？其机理是什么？pH是如何影响pI的？第六章吸附分离法1、吸附作用机理是什么？2、吸附法有几种？各自有何特点？5、已知80g的活性炭最多能吸附0.78 mol腺苷三磷酸（ATP），这种吸附过程符合兰缪尔等温线。
其中b=2.0×10E3mol/L,请问在1.2L的料液浓度为多少时才能使活性炭吸附能力达90%? （计算题）★第七章离子交换法1、何谓离子交换法（剂）?一般可分为那几种?2、离子交换剂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？3、pH值是如何影响离子交换分离的？5、在离子交换层析分离过程中，离子交换剂是如何选择的？6、各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么？7、软水、去离子水的制备工艺路线？★第八章膜分离技术2）膜在结构上可分为那几种？膜材料主要用什么？3）简述微滤、超滤、纳滤及反渗透膜在膜材料、结构、性能、分离机理及其应用等方面的异同点5）何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？6）膜的清洗及保存方法有那几种？7）膜分离设备按膜组件形式可分为几种？相比较的优缺点？第九章层析技术1）何谓色层分离法？可分为那几大类？4）何谓亲和色层分离法？亲和力的本质是什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种？5）何谓疏水作用层析？其最大的特点是什么？6）凝胶层析的原理是什么？何谓排阻极限？第十章电泳技术2、聚丙稀酰胺凝胶电泳的原理什么？影响其操作的因素主要有那些？3、SDS聚丙稀酰胺凝胶电泳原理是什么？有何应用？第十一章结晶法2、何谓过饱和度？饱和度形成有那几种方法？4、结晶法与沉淀法相比较有何区别？综合题1、已知某一氨基酸G是一酸性氨基酸，水溶性随温度升高而升高，pI=6.2，在中性和酸性条件下较稳定。
第五章 萃取法 第六章 沉淀法和吸附法
3） SC—CO2的细胞破壁技术
SC—CO2的以下一些性质有利于细胞破碎：
①在近临界点，SC—CO2 的微小压力变化导致其体
积变化很大，其能量变化很大，所以SC—CO2可 破坏较厚的细胞壁，如常见的酵母等。
② SC—CO2 对细胞壁中的少量脂类有萃取作用，会
破坏细胞壁的化学结构，造成细胞壁在某些位置上
反胶团的物理化学特性反胶团的临界胶团浓度反胶团含水率w注入法相转移法溶解法生理活性物质的分离农缩1反胶团萃取原理2蛋白质的溶解3反胶团萃取氨基酸分离特性2酶蛋白质萃取特性静电性相互作用立体性相互作用其他的相互作用在分离工艺中的应用1通过三步分离操作分离了核糖核酸酶a细胞色素c和溶菌酶
生物工业下游技术
SC—C02作为酶促反应介质的优点
①与水相比较，脂溶性底物和产物可溶于SC—C02 中，酶蛋白不溶解，有利于三者的分离。 ②产品回收时，不需要处理大量的稀水溶液，因而不 产生废水污染问题。 ③与其他非水相有机溶剂中的酶催化反应相比，SC— C02更适合与生物、食品相关的产品体系，产物分 离简单。 ④与萃取一样， SC—C02中的质量传递速度快，在临 界点附近，溶解能力和介电常数对温度和压力敏感， 可控制反应速度和反应平衡。
六、SC—C02萃取流程 及在生物、食品工业中的应用
１．SC—C02萃取流程： 萃取流程基本上是由萃取工段和分离工段 (溶质和C02的分离)组合而成。代表性的三种 流程的模式图。 ２． 在生物、食品等工业中的应用： 1）生物活性物质和生物制品的提取 2）超临界状态下的酶促反应 3） SC—C02的细胞破壁技术
１、 SC—C02萃取： 天然产品中通常含有许多不同的化学成分；对同 一天然产品用不同方法或不同萃取剂提取得到的制品， 其组分是不同的。逐步增加溶剂C02 的溶解能力，可 以获得各种质量不同的萃取产物。 ２、拖带剂的作用： 添加拖带剂即辅助溶剂，可增加物质的溶解度和 萃取选择性。如在C02 中添加约14％的丙酮后，甘油 酯的溶解度增加22倍。纯C02几乎不能从咖啡豆中萃 取咖啡因，但在加湿(水)的SC—C02 中，因为生成了 具有极性的H2CO3，在一定的条件下，能选择性地溶 解萃取极性的咖啡因。
生物制药工艺学习题 第五章 沉淀法
第六章吸附分离法（习题）一、填空1、吸附剂按其化学结构可分为两大类：一类是有机吸附剂，如、、等；另一类是无机吸附剂，如、、、等。
2、常用的吸附剂有、和等。
3、大孔网状聚合物吸附剂是在树脂聚合时加入致孔剂，待网格骨架固化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或蒸馏水洗将致孔剂去掉，形成不受外界环境条件影响的，其孔径远大于2～4nm，可达，故称“大孔”。
4、大孔网状聚合物吸附剂按骨架的极性强弱，可分为、、和吸附剂四类。
二、选择题1、用大网格高聚物吸附剂吸附的弱酸性物质，一般用下列哪种溶液洗脱（）A.水B.高盐C.低pHD. 高pH2、“类似物容易吸附类似物”的原则,一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂中吸附极性物质（）A.极性溶剂B.非极性溶剂C.水D.溶剂3、“类似物容易吸附类似物”的原则, 一般非极性吸附剂适宜于从下列何种溶剂中吸附非极性物质。
（）A.极性溶剂B.非极性溶剂C.三氯甲烷D.溶剂4、下列属于无机吸附剂的是：（）A.白陶土B.活性炭C.淀粉D.纤维素5、活性炭在下列哪种溶剂中吸附能力最强？（）A.水B.甲醇C.乙醇D.三氯甲烷6、关于大孔树脂洗脱条件的说法，错误的是：（）A .最常用的是以高级醇、酮或其水溶液解吸。
B. 对弱酸性物质可用碱来解吸。
C. 对弱碱性物质可用酸来解吸。
D.如吸附系在高浓度盐类溶液中进行时，则常常仅用水洗就能解吸下来。
三、名词解释1、吸附法(adsorption method)：2、大网格高聚物吸附剂（macroreticular adsorbent）：四、问答题1、简述吸附法的定义和特点。
2、影响吸附的因素有哪些？第五章沉淀法（答案）一.填空1.固相析出法主要包括盐析法，有机溶剂沉淀法，等电点沉淀法，结晶法及其它多种沉淀方法等。
2.按照一般的习惯，析出物为晶体时称为结晶法，析出物为无定形固体则称为沉淀法。
3.影响盐析的因素有：无机盐的种类、溶质（蛋白质等）种类的影响、蛋白质浓度的影响、温度的影响、pH的影响4. 结晶包括三个过程：(1) 形成过饱和溶液；(2) 晶核形成；(3) 晶体生长。
第6章气固、液固传质分离过程
II型 和 IV型 等温线
nad
II
B p/p0
IV
B p/p0
多层吸附 (从点 B开始) 对无孔材料比较适用
在低压下类似于 II 型 在高压下发生孔内冷凝
第6章气固、液固传质分离过程
nad
III型 和 V型 等温线
nad
III p/p0
V p/p0
吸附质之间具有强相互 作用, 比如当水分子吸附 到疏水性活性炭上时
(2) Langmuir-Freundlich方程的扩展式
Langmuir方程扩展式和Langmuir-Freundlich方程 的扩展式缺乏热力学一致性，故理论依据不充分， 只具有半经验性质，但应用起来比较简便。
第6章气固、液固传质分离过程
吸附过程的传质
一、 吸附机理
吸附质在吸附剂的多孔表面上的吸附过程分四步：
第六章 气固、液固传质分离过程
主要内容及要求：
1.学习并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸 附动力学、吸附过程及设备。
2.结晶过程的热力学和动力学基础，吸附、结 晶设备及流程。
3.了解膜分离的基本原理、过程分类、膜和膜 组件的类型以及膜分离技术的应用。
第6章气固、液固传质分离过程
6.1 吸附分离过程 6.1.1 吸附过程基础 6.1.2 吸附分离过程与技术
（3）物理吸附的吸附质分子可通过降低压力的方法 解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多， 往往是不可逆的；
（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子 层吸附，而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情 况下，化学吸附单分子层上还可能发生物理吸附；
（5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到 一定的活化能后才发生。
吸附平衡关系通常用等温下吸附剂上吸 附质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压 间的关系表示（吸附等温线）。
中药化学-6第六章--黄酮类化合物
红色（pH <7） 紫色（pH= 8.5） 蓝色（pH>8.5）
OO
++
OO
无
二氢黄酮 二氢黄酮
二氢查耳 黄烷醇类 异黄酮（无或微黄色）
二氢异黄酮
二．旋光性：
旋光性 取决于
不对称碳原子的有无
有
无
所有黄酮苷（糖） 游离黄酮 二氢黄酮 二氢黄酮醇 二氢异黄酮 黄烷醇类
O2*
O
（2-位）
O* *
OH O
TLC、PPC
5．与五氯化锑反应
五氯化锑 (SdCl5)： 查耳酮特征性显色反应 (红或紫红色沉淀) 黄酮、二氢黄酮、黄酮醇类呈橙色。
6．其他显色反应
Gibbˊs反应：酚羟基对位活泼质子的特征（蓝 或蓝绿色）
第三节 黄酮类化合物的提取、分离 一．提取方法 —— 溶剂法
溶剂法 关键 溶剂的选择 选择依据 黄酮类成分的存在状态（游离、苷）及溶解性
五．显色反应
1．还原显色反应
反应类型
鉴别特征
鉴别意义
备注
盐酸-镁粉 黄酮、二氢黄酮、 红~紫红 黄酮类特征性 假阳性
反应
黄酮醇、二氢黄酮醇 红~紫红 鉴别反应
（花色素
）
（最常用）
查耳酮、橙酮、 （-）
儿茶素类、异黄酮 （-）
四氢硼钠 还原反应
二氢黄酮、二氢黄酮醇 红~紫红 二氢黄酮类特有
其它黄酮类
23 4
HO
5'
HO
65
OH
OH
6'
glc O O
O
红花苷
二氢查耳酮（+）儿茶素
OH
HO
OH
OH
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专属吸附 (special sorption)：指在吸附过程中，除了化学键作用 外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可以 使表面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表 面上。
Q = Q0·C /(A+C) 1/Q = 1/Q0 + (A/ Q0)(1/C) Q0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A——常数，表示达到1/2 Q0时的平衡浓度。
G
G
lgG
H型
c
G
F型 c
lgK
F型
lgc
1/G
G0/2
当溶0质A浓度甚L型低时，c可能在初始阶段呈现 HL型型，当浓1/c度较高 时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： (1) 选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能不稳定。
4
第一节 吸附法基本概念
一、吸附： 物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体 表面从而达到分离的过程称为吸附作用 (adsorption)，在表面上能发生吸附作用 的固体微粒称为吸附剂（adsorbent），而 被吸附的物质称为吸附物（adsorbate）。
三、影响吸附的因素
（一）吸附剂 吸附容量：比表面积、种类、活化状况 吸附速度：颗粒度、孔径 机械强度
15
（二）吸附物 能使表面张力降低的物质，易为吸附 溶解度：较小易吸附 极性吸附剂易吸附极性吸附物 同系物吸附量变化有规律 氢键
16
吸附剂及被吸附物极性对吸附的影响
• 极性吸附剂易吸附极性物质，非极 性吸附剂易吸附非极性物质；
吸附分离操作的基本概念
• 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化 学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大 小。 • 如石灰吸附CO2 → CaCO3 • 吸附热大，一般在较高温下进行； • 具有选择性，单分子层吸附； • 化学键力大时，吸附不可逆。
吸附分离操作的基本概念
离子交换
专属吸附
发生吸附的表面净电荷的符 － 号
－、0、＋
金属离子所起的作用 吸附时所发生的反应 发生吸附时要求体系的pH值 吸附发生的位置
反离子 阳离子交换 ＞零电位点 扩散层
配位离子 配位体交换 任意值 内层
对表面电荷的影响 动力学
无 快、可逆
可变 慢、部分不可逆
（2）吸附等温线 Sorption Isotherm
9
水环境中颗粒物的吸附作用 Sorption/Adsorption
吸附：指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。 （1）T几ran种sf吸er附of作a s用ub概st念ance from a solution to a solid phase
表面吸附 (surface adsorption)：胶体表面具有巨大的 比表面和表面能，胶体表面积越大，吸附作用越强。
• 按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附 • 按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除 • 按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应
二、吸附类型
项目
物理吸附
化学吸附
作用力
范德华力
吸附热
较小,接近液化热
选择性
几乎没有
吸附速度 较快,需要的活化能很小
吸附分子层 单分子或多分子层
化学键力 较大,接近反应热 有选择性 慢,需要一定的活化能 单分子
第六章 吸附分离法
1
• 吸附法(adsorption method)指利用吸附 作用，将样品中的生物活性物质或杂质吸 附于适当的吸附剂上，利用吸附剂对活性 物质和杂质间吸附能力的差异，使目的物 和其它物质分离，达到浓缩和提纯目的的 方法。
2
3
优点： (1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，
具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂.
第二节 几种常用的吸附剂
21
无机：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土 有机：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等 一、活性炭(activated carbon )
在固定温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面的吸附
量（Q）与溶液中溶质平衡浓度（C）之间的关系可用吸附等
温线表达。
➢ Henry 型等温线为直线型
Q = k ·C
k：分配系数
➢ Freundlich 型等温线
Q = k ·C1/n来自lgQ = lgk + 1/n lgC
k为吸附能力的大小； n为非线性指数 ➢ Langmuir 型等温线
5
吸附分离操作的基本概念
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。 • 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），
可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； • 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大； • 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
• 极性吸附剂适宜从非极性溶剂中吸 附极性物质；
• 非极性吸附剂适宜从极性溶剂中吸 附非极性物质。
17
（三）环境的影响 1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 2、pH值：PI 3、温度 4、盐的浓度：可能阻止、可能促进
18
（四）吸附物浓度和吸附剂用量
对蛋白质或酶进行分离时要求浓度 1%以下。
吸附剂用量。
19
吸附剂
常用吸附剂的主要特性
吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容 量取决于吸附剂表面积的大小。 选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。 稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解 吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱 的良好化学稳定性。 适当的物理特性：适当的堆积密度和强度 廉价易得
这种吸附作用发生在胶体双电层的Stern层中，被吸附的 金属离子进入Stern层后，不能被通常提取交换性阳离子的提 取剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或是在强酸 性条件下解吸。
它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面 也能进行吸附作用。
水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属
吸附的区别 项目