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    活性炭吸附塔的再生技术及放热过程

    文章出处:华康中天    人气:53     发表时间:2019-06-16

      活性炭吸附塔的吸附功能是解决重金属污染控制较为有效的方法之一,已有研究工作多针对液相和气相体系,而将活性炭作为添加剂直接用于固相基质中重金属的稳定作用研究并不多见。活性炭在吸附重金属之后保持稳定不至于使重金属脱附,是活性炭作为添加剂起到稳定作用的关键。化学吸附比较稳定,不易脱附,且存在不可逆性的情况,而活性炭的表面化学性质是影响活性炭化学吸附的主要因素,因此可以利用活性炭的表面官能团、杂原子等与重金属之间的化学作用来强化吸附效果,达到活性炭对重金属的稳定作用。相比于鳌合剂中作为配位原子的主要以O,N,S等元素为主,活性炭经表面功能化之后赋存的杂原子O,N,S所形成的基团有可能形成类似鳌合剂的配位基与重金属生成稳定的配合物。因此可以采用不同的表面功能化来获取对特定重金属具有较强结合能力的表面,使活性炭表面具有不同的活性位,增强其对吸附重金属的适应性。
      另一方面,活性炭在吸附重金属后的脱附性能是评价活性炭吸附重金属后稳定性的重要指标。现有活性炭的脱附研究多是针对吸附质的回收和活性炭的再生技术。借鉴重金属形态分级方法对吸附重金属后的活性炭进行分级浸出,分析重金属在活性炭上的赋存形态,这对于理解活性炭对重金属的稳定机理亦能提供有用的信息。此外,重金属元素的生物可利用性(生物有效性)与其潜在毒性、环境风险性和迁移转化性密切相关。在分析重金属赋存形态的基础上,辅以生物有效性检验,可进一步说明重金属的稳定程度。

      以铬、铅作为目标重金属污染物,通过合成赋氧、氮、硫等不同表面官能团的活性炭,利用其具有的对重金属结合力强的化学吸附活性位对工业含铬废渣及铅污染土壤两种含重金属物系进行稳定化处理。基于活性炭的表面官能团等化学性质表征、重金属形态测定、生物有效性评价及固相基质中重金属浸出分析,结合活性炭对重金属铬、铅吸附及脱附性能,研究重金属溶液一活性炭一固相基质复杂体系多相界面相互作用,探讨活性炭稳定重金属的作用机理,以解决活性炭用于稳定重金属污染固相物系(固体废物、土壤等体系)的关键科学问题。
      重金属在活性炭上的吸附,是一种固液界面现象,液相中的重金属离子被固定到固相活性炭表面。重金属与活性炭之间的相互作用力决定了这种固定作用的强弱。固液界面发生吸附的作用力根据能量大小主要分为范德华力(包括取向力、诱导力、色散加、静电力或化学键力(包括共价键,电荷转移相互作用等。与以上作用力相对应,可将吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由范德华力作用形成的,化学吸附通过吸附质分子和活性炭骨架之间的化学键而形成。静电力产生的离子交换作用也有化学键变化,也有的将其单独列出,属离子交换吸附。
      物理吸附是活性炭与吸附质之间通过范德华力作用的吸附过程,化学吸附是伴随电荷移动相互作用或活性炭表面基团与吸附质之间生成化学键力的吸附,其作用力远强于物理吸附的范德华力。物理吸附的吸附质可以在小界面范围内自由移动,因此牢固程度不如化学吸附。
      从两种吸附的比较可知,物理吸附时,一种吸附剂可以同时吸附多种物质,一般是放热过程,低温条件下吸附效果较好,易于达到平衡,吸附过程受吸附质分子尺寸与活性炭的孔结构控制。化学吸附是选择性吸附,一种吸附剂只对某种或特定吸附质有吸附作用,脱附困难,一般是吸热过程,低温时吸附速率较慢,升高温度有利于吸附,吸附过程受活性炭表面化学特性、吸附质及溶剂的化学性质等因素影响。
      吸附质在活性炭上的平衡吸附量与其在液相中的平衡浓度之间的关系曲线称为吸附等温线。由吸附等温线的形状和变化规律可以了解吸附质和吸附剂的作用强弱,界面上吸附质的状态和吸附层结构,用以预测可能存在的吸附机理,评价吸附效率和吸附有利性。

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