吸附水质工程学.ppt

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1、吸附11.2.1吸附及其类型11.2.2吸附等温线11.2.3吸附速度11.2.4影响吸附的因素11.2.5常用吸附剂11.2.6吸附操作方式与设计11.2.7吸附剂的再生11.2.8吸附在水处理中的应用吸附及其类型一、吸附的定义二、吸附的原因三、吸附的种类四、吸附的特征吸附的定义在相界面上，物质的浓度自动发生积累和浓集的现象称为吸附，它可以发生在不同的相界面上。废水处理中，主要利用固体物质对液相中污染物质的吸附作用。吸附法(工艺)：利用多孔性的固体物质，使废水中一种或多种污染物吸附于固体表面而得到去除。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

2、物质。吸附的原因由表面张力与表面能的变化引起，具体可参见《物理化学》中表面化学部分。吸附的种类根据吸附力不同可分为：物理吸附：分子间力(范德华引力)吸附　　化学吸附：化学键力交换吸附：静电引力吸附的实质：表面现象，减小界面能的一种方式物质吸附于固体表面之后，减小表面张力，使界面上的分子受力趋于均衡，故是自动发生的。吸附的特征1、物理吸附①　吸附时表面能降低、放热；②　可在低温下进行　∵不需要活化能③　选择性不强，吸引力随分子量增大而增大，可以吸附多种吸附质；④　易于解吸(吸附的逆过程)　　∵分子的热运动；⑤　可形成单层或多层吸附。吸附的特征2、化学吸附①　吸附热大，需在高

3、温下进行；②　具有选择性；③　化学键力大时，吸附不可逆；④　只能形成单分子吸附层。吸附的特征3、交换吸附吸附质的离子由于静电引力聚集到吸附剂表面带电点，同时吸附剂也放出等当量离子。离子带电荷多，吸附强；电荷相同，水化半径小，吸附力强。三种吸附作用往往相伴发生，水处理中的吸附大部分是综合作用的结果。吸附等温线由于吸附是一种表面化学过程，因此研究吸附可从两方面进行：化学平衡和化学反应速度。吸附等温线实际上表达了吸附达到动态平衡时的平衡浓度表达式。一、吸附平衡二、吸附剂的吸附量三、吸附等温线吸附平衡吸附速度=解吸速度如果吸附是可逆的，存在吸附和解吸两个过程。当吸附质在吸附剂表面

4、达到动态平衡时，吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面的浓度都不再改变，此时溶液中的吸附质浓度称为平衡浓度。吸附剂的吸附量吸附剂吸附能力的大小用吸附量表示：单位重量的吸附剂吸附的吸附质的重量。吸附量q（g/g）按下式计算：（11-23）式中：V——水的体积，L；C0——原水中吸附质浓度，g/L；C——平衡水中的残余吸附质浓度，g/L；M——活性炭投加量，g吸附等温线温度一定的条件下，V、C0一定时，改变投炭量，吸附的平衡浓度和吸附量均发生相应改变。其规律如图11-2-1所示。在双对数坐标上可得一近似直线（如图11-2-2）。表示吸附等温线的方程为等温吸附式，常用两种1、Freu

5、ndlich等温吸附公式2、Langmuir等温吸附公式Freundlich等温吸附公式根据图11-2-2可知：（11-24）（11-25）式中：K，n——常数Freundlich等温吸附公式是一个经验公式Langmuir等温吸附公式根据分子运动学说，通过一些假设而推导的单分子层吸附公式如下：(11-26)式中：a，b—常数线性化：(11-27)如图11-2-3所示吸附速度吸附速度：单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的物质的量。水中多孔吸附剂对吸附质的吸附过程分三个阶段：①颗粒外部扩散(膜扩散)阶段──吸附质通过液膜②内部扩散阶段──吸附质向细孔深处扩散③吸附反应阶段──吸

6、附质被吸附于细孔表面上第三阶段一般进行很快，故吸附受前两阶段扩散速度控制。吸附速度外部扩散：与膜两边浓度和膜表面积(即吸附剂外表面积)成正比，与溶液搅动程度有关。增加溶液与吸附剂的相对速度，可使液膜变薄，提高外扩速度。内部扩散：比较复杂，与微孔大小、构造、吸附质颗粒大小、吸附剂颗粒大小有关。吸附剂颗粒小，对提高吸附速度有利。影响吸附的因素一、吸附剂的性质二、吸附质的性质三、pH值四、温度五、接触时间六、生物协同作用吸附剂的性质1、孔的大小活性炭是以含炭物质经高温炭化和活化而成，活化时造成内部孔隙十分发达。一般孔径<40埃为微孔，40~100埃为过渡孔，>100埃为大孔。活

7、性炭的吸附量主要由微孔支配，因微孔的表面积占总表面积的95%以上。吸附剂的性质2、比表面积活性炭的比表面积一般500~1700m2/g。炭的粒径越小，或微孔越发达，则比表面积越大，吸附量就越大。3、炭的表面化学性质活化时能使炭的表面产生微弱极性，有利于产生离子交换吸附或络合反应，提高处理效果。要求吸附容量大，速度快，机械强度好。吸附质的性质能使液体表面张力降低越多的吸附质，越易被吸附；吸附质浓度的影响可由吸附等温线看出。吸附质的溶解度、表面自由能、分子大小和不饱和程度、极性等均对吸附有影响。pH值溶液的pH值影响溶质在水中的存