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    活性炭吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程及影響因素

    文章出處:華康中天    人氣:178     發(fā)表時(shí)間:2019-05-12

      70年代以來(lái)工業(yè)廢水處理廣泛應用吸附分離技術(shù),它是用具有吸附能力的固體吸附劑,使廢水中一種或數種組分被吸附于固體表面。吸附作用發(fā)生在固液兩相界面上,吸附過(guò)程是流體混合物中一種或數種組分在相界面上濃集的過(guò)程。
      固體吸附劑對溶質(zhì)的吸附,由于作用不同,產(chǎn)生物理吸附和化學(xué)吸附,某些吸附劑能夠與吸附質(zhì)進(jìn)行等當量離子交換,稱(chēng)之為離子交換吸附。
      (1)物理吸附
      物理吸附是一種普遍的物質(zhì)運動(dòng)形式,它是由于固體表面粒子存在著(zhù)剩余吸引力引起的。
      固體表層內部是同種分子,外部是異種分子受力不平衡,產(chǎn)生剩余吸引力—緊縮自己并吸引外面分子的表面。固體表面積越大,吸附能力越強。范得華力作用范圍較大,可以吸附一層或幾層粒子,故物理吸附是多層吸附。
      (2)化學(xué)吸附
      化學(xué)吸附由化學(xué)鍵所決定,類(lèi)似化學(xué)反應,具有明顯的選擇性—某種固體表面只能對某些物質(zhì)有吸附作用?;瘜W(xué)吸附是單層吸附,吸附物質(zhì)與吸附劑表面粒子形成吸附化學(xué)鍵,形成表面絡(luò )和物或化合物?;瘜W(xué)吸附需要溫度較高,要有的活化能,而且吸附速度較慢。


      (3)離子交換吸附
      離子交換吸附是離子交換劑離子與廢水中污染物離子進(jìn)行交換反應的一種的吸附過(guò)程,它主要是用離子交換劑吸附廢水中離子化物質(zhì),并且進(jìn)行等當量的離子交換。
      (二)物理吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程
      吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程由表及里一般由連續三個(gè)步驟組成。
      (1)膜擴散吸附劑靠剩余吸引力使吸附質(zhì)通過(guò)表面膜擴散到吸附劑表面。間歇式攪拌有利于膜擴散吸附。
      (2)孔隙擴散吸附質(zhì)進(jìn)入多孔吸附劑的孔隙中,孔壁許多吸附中心點(diǎn)對吸附質(zhì)進(jìn)行暫時(shí)吸附,延緩了擴散速度,故而吸附質(zhì)在微孔中擴散是不斷被孔壁吸附同時(shí)又不斷回到溶液中的前進(jìn)過(guò)程。
      (3)內表面吸附由孔隙和毛細管組成的內表面對溶質(zhì)進(jìn)行吸附。固體吸附劑吸附溶質(zhì)的速度變化范圍很大。吸附劑顆粒直徑越細,達到吸附平衡時(shí)間越短。無(wú)孔吸附劑或多孔吸附劑(如果膜擴散是吸附速率決定因素),顆粒直徑與吸附速度一次方成反比;如果多孔吸附劑的顆粒內擴散主要控制吸附速度時(shí),溶質(zhì)擴散入顆??紫堕g的速度與顆粒較高次方成反比。內表面吸附時(shí),孔隙微細吸附速度慢,但能增加吸附量。吸附操作條件,即吸附劑與水溶液接觸方法,能夠決定哪些步驟是限制速度的關(guān)鍵作用,如活性濾池,連續運行濾速正常時(shí),膜擴散可能是限制吸附速度的主要因素。
      (三)吸附影響因素
      吸附影響因素較多,吸附劑結構、性質(zhì)、吸附工藝條件等都會(huì )影響吸附
      (1)吸附劑結構吸附劑比表面積越大,吸附中心越多,吸附量越大,孔容積是多孔結構的標志,吸附量隨孔容增大而增加??讖竭^(guò)大,在相同孔隙率條件下,比表面積較小,孔徑過(guò)細則不利于吸附分子尺寸較大的物。
      (2)吸附劑的化學(xué)性質(zhì)吸附劑的化學(xué)組成、分子結構都對吸附作用有影響。例如,具有酸性氧化物基團或堿性氧化物基團的活性炭,對堿金屬氫氧化物或酸有很好吸附作用,含硫活性炭則對重金屬吸附能力。一般說(shuō)來(lái),極性吸附劑易吸附極性分子,非極性吸附劑易吸附非極性分子,雜鏈構成的雜鏈樹(shù)脂,具有很好的脫色和生化應用效果。
      (3)吸附質(zhì)性質(zhì)同一吸附劑對不同吸附質(zhì)吸附效果不一樣,親水性易溶解物質(zhì)其吸附量必然較低?;钚蕴课綇U水中污染物時(shí),物碳原子數越多,吸附量越大,活性炭吸附芳香族化合物比吸附脂肪族化合物好。此外,吸附質(zhì)電離及電荷特性,特別是結構較簡(jiǎn)單的化合物的電荷,對吸附影響較大。
      (4)吸附操作條件吸附裝置形式、流體流速、溫度、pH值等其他因素都能影響吸附效果。
      一般認為流體流速過(guò)大,兩相充分接觸時(shí)間短,減少吸附量。吸附是放熱反應,溫度升高減少吸附而利于解吸。溶液pH值影響吸附質(zhì)電離狀態(tài),如活性炭吸附廢水污染物,低pH值時(shí),有較多的H+吸附在活性炭表面而中和其負電荷,減少吸附污染物的阻力,故吸附量明顯提高。

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