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    活性炭吸附动力学过程及影响因素

    文章出处:华康中天    人气:178     发表时间:2019-05-12

      70年代以来工业废水处理广泛应用吸附分离技术,它是用具有很强吸附能力的固体吸附剂,使废水中一种或数种组分被吸附于固体表面。吸附作用发生在固液两相界面上,吸附过程是流体混合物中一种或数种组分在相界面上浓集的过程。
      固体吸附剂对溶质的吸附,由于作用不同,产生物理吸附和化学吸附,某些吸附剂能够与吸附质进行等当量离子交换,称之为离子交换吸附。
      (1)物理吸附
      物理吸附是一种普遍的物质运动形式,它是由于固体表面粒子存在着剩余吸引力引起的。
      固体表层内部是同种分子,外部是异种分子受力不平衡,产生剩余吸引力—紧缩自己并吸引外面分子的表面强力。固体表面积越大,吸附能力越强。范得华力作用范围较大,可以吸附一层或几层粒子,故物理吸附是多层吸附。
      (2)化学吸附
      化学吸附由化学键所决定,类似化学反应,具有明显的选择性—某种固体表面只能对某些物质有吸附作用。化学吸附是单层吸附,吸附物质与吸附剂表面粒子形成吸附化学键,形成表面络和物或化合物。化学吸附需要温度较高,要有一定的活化能,而且吸附速度较慢。


      (3)离子交换吸附
      离子交换吸附是离子交换剂离子与废水中污染物离子进行交换反应的一种特殊的吸附过程,它主要是用离子交换剂吸附废水中离子化物质,并且进行等当量的离子交换。
      (二)物理吸附动力学过程
      吸附动力学过程由表及里一般由连续三个步骤组成。
      (1)膜扩散吸附剂靠剩余吸引力使吸附质通过表面膜扩散到吸附剂表面。间歇式搅拌有利于膜扩散吸附。
      (2)孔隙扩散吸附质进入多孔吸附剂的孔隙中,孔壁许多吸附中心点对吸附质进行暂时吸附,延缓了扩散速度,故而吸附质在微孔中扩散是不断被孔壁吸附同时又不断回到溶液中的前进过程。
      (3)内表面吸附由孔隙和毛细管组成的内表面对溶质进行吸附。固体吸附剂吸附溶质的速度变化范围很大。吸附剂颗粒直径越细,达到吸附平衡时间越短。无孔吸附剂或多孔吸附剂(如果膜扩散是吸附速率决定因素),颗粒直径与吸附速度一次方成反比;如果多孔吸附剂的颗粒内扩散主要控制吸附速度时,溶质扩散入颗粒孔隙间的速度与颗粒较高次方成反比。内表面吸附时,孔隙微细吸附速度慢,但能增加吸附量。吸附操作条件,即吸附剂与水溶液接触方法,能够决定哪些步骤是限制速度的关键作用,如活性滤池,连续运行滤速正常时,膜扩散可能是限制吸附速度的主要因素。
      (三)吸附影响因素
      吸附影响因素较多,吸附剂结构、性质、吸附工艺条件等都会影响吸附
      (1)吸附剂结构吸附剂比表面积越大,吸附中心越多,吸附量越大,孔容积是多孔结构的标志,吸附量随孔容增大而增加。孔径过大,在相同孔隙率条件下,比表面积较小,孔径过细则不利于吸附分子尺寸较大的有机物。
      (2)吸附剂的化学性质吸附剂的化学组成、分子结构都对吸附作用有影响。例如,具有酸性氧化物基团或碱性氧化物基团的活性炭,对碱金属氢氧化物或酸有很好吸附作用,含硫活性炭则对重金属吸附能力很强。一般说来,极性吸附剂易吸附极性分子,非极性吸附剂易吸附非极性分子,杂链构成的杂链树脂,具有很好的脱色和生化应用效果。
      (3)吸附质性质同一吸附剂对不同吸附质吸附效果不一样,亲水性易溶解物质其吸附量必然较低。活性炭吸附废水中污染物时,有机物碳原子数越多,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,吸附质电离及电荷特性,特别是结构较简单的化合物的电荷,对吸附影响较大。
      (4)吸附操作条件吸附装置形式、流体流速、温度、pH值等其他因素都能影响吸附效果。
      一般认为流体流速过大,两相充分接触时间短,减少吸附量。吸附是放热反应,温度升高减少吸附而利于解吸。溶液pH值影响吸附质电离状态,如活性炭吸附废水有机污染物,低pH值时,有较多的H+吸附在活性炭表面而中和其负电荷,减少吸附污染物的阻力,故吸附量明显提高。

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