水质工程学 第十章 吸附

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1、第十章吸附10.1吸附的类型10.1.1吸附在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。固—液界面上的吸附：吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。吸附质：废水中被吸附的物质。10.1.2吸附的分类1.物理吸附：靠分子间力产生的吸附，可吸附多种吸附质，可形成多分子吸附层。吸附━解吸是可逆过程，在低温下就能吸附。2.化学吸附：由化学键力引起的吸附，吸能形成单分子吸附层，并具有选择性，同时是不可逆的，在高温下才能吸附。上面二种吸附往往是相伴发生，而不能严格分开，是几种吸附综合作用的结果，可能存在以某种吸附为主。10.1.3吸附剂主要有活性炭、磺化煤

2、、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等。1、活性炭的制造高温炭化活化,800~900℃木材、煤、果壳炭渣活性炭隔绝空气，600℃活化剂：ZnCl2蒸汽高温活化粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm2.活性炭的细孔构造和分布1.比表面积每g活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：500~1700m2/g，99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。2.细孔构造·小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。·过渡孔：2~100nm，0.02~0.10

3、mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。·大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。10.2吸附等温线与吸附速度10.2.1吸附平衡1.定义当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液的浓度C叫平衡浓度。2.吸附量q(g/g)衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g）。（10-1）式中：V—废水容积；

4、W—活性炭投量，gC0—废水吸附质浓度（g/L）C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L)—平衡浓度q=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则q=f(C)，叫吸附等温线。3.吸附等温线在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。4.吸附等温式（三种）朗谬尔公式表示I型吸附等温线的有费兰德利希公式表示II型吸附等温线的有BET公式1.朗谬尔公式：（10-2）取倒数式：（10-3）2.费兰德利希经验公式：（10-4）适于中等浓度吸附式中：K、n——常数；C——吸附质平衡浓度（g/L）q——吸附量取

5、对数：（10-5）1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1~0.5，容易吸附；1/n>2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。3.BET公式（多层吸附）（10-6）式中:qo—单分子吸附层的饱和吸附量,g/gCs—吸附质的饱和浓度,g/LB—常数；C—平衡浓度，g/L取倒数：(10－7)BET公式包括了朗谬尔公式：设，且C<

6、用越小。q通过吸附试验来确定。10.2.2吸附速度,单位:吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触时间，V越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。吸附过程一般分为3个阶段：1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段2.颗粒内部扩散阶段3.吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内表面上。吸附反应速度非常快，V主要取决于第I、II阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）U=f(c、d、搅动)溶液浓度C↑，则U↑颗粒直径d↓，则U↑加强搅动，则U↑而颗粒内部扩散速度V=f（细孔大小与构造，吸附质的d）吸附剂颗粒直径d↓，V↑。d的大小对内、外部扩散都有很大影响，

7、d↓,V↑。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小。10.2.3吸附的影响因素1.吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。2.吸附质的性质：（1）溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。（2）使液体表面自由能W降低得越多的吸附质则越容易被吸附。（3）极性：极性吸附剂易吸附极性的吸附质。（物以类聚）非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。（4）吸附质分子的大小和不饱和度。活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物（5）吸附质的浓度较低时

8、，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至为一定值。3.废水的PH值活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。4.共存物质