水质工程学第6章 吸附.ppt

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1、第六章吸附6.1吸附概述6.2活性炭吸附6.3活性炭吸附的应用6.4活性炭的再生6.5水处理中的其它吸附剂6.1吸附概述6.1.1概念吸附：在两相界面层中，某物质的浓度自动发生富集的现象。在水处理中，主要介绍利用固体物质表面对水中物质的吸附作用，即固—液界面上的吸附：吸附法：是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。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。6.1.2吸附的分类根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以下两种类型：物理吸附、化学吸附。1.物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间

2、的力（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。物理吸附是一种常见的吸附现象，一般在较低温度下进行。由于吸附是分子间力引起的，所以吸附热较小，一般在41.9kJ／mol以内，一般属于放热反应。物理吸附因不发生化学作用，所以在低温下就能进行。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。由于分子间力是普遍存在的，所以一种吸附剂可吸附多种吸附质。形成多分子吸附层。但由于吸附剂和吸附质的极性强弱不同，某一种吸附剂对各种吸附质的吸附量是不同的。被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸。吸附━解吸是可逆过程。2.化学吸附化学吸附是吸附剂和吸附质之间

3、发生的化学作用，是由于化学键力引起的吸附。化学吸附一般在较高温度下进行，吸附热较大，相当于化学反应热，一般为83.7~418.7kJ／mol。一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有选择性。由于化学吸附是靠吸附剂和吸附质之间的化学键力进行的，所以吸附只能形成单分子吸附层。当化学键力大时，化学吸附是不可逆的。物理吸附和化学吸附并不是孤立的，往往相伴发生。在水处理中，大部分的吸附往往是几种吸附综合作用的结果。由于吸附质、吸附剂及其它因素的影响，可能某种吸附是主要的。例如有的吸附在低温时主要是物理吸附，在高温时主要是化学吸附。说

4、明6.1.2吸附等温模型定义：在恒温且吸附达到平衡状况下，单位吸附剂的吸附容量和平衡溶液浓度之间的关系曲线，称为吸附等温线。（1）吸附平衡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Ce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Ce叫平衡浓度。（2）吸附量qe(g/g)衡量吸附剂吸附能力大小的参数。即达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g）。式中：V—废水容积；W—活性炭投量，gC0—废水吸附质浓度（g/L）Ce—吸附平衡时水

5、中剩余的吸附质浓度(g/L)—平衡浓度（3）吸附等温式在一定T下，q随吸附质的平衡浓度C而变化的曲线（q=f(Ce)）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，液相还没有统一的理论）朗谬尔（Langmuir）吸附等温式弗里德利希（Freundlich）吸附等温式费兰德利希（Freundlich）公式——单一组分溶液中溶质的吸附取对数可将等式线型化：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。K值越大吸附容量越大，反之，吸附容量小。1.Langmuir等温式该公式是在被吸附物质仅为单

6、分子层的假定下导出的，形式为：qmax为饱和吸附量，常数b与表面吸附能有关，当吸附力增大b值也相应增加。其中：b=k1/k2。又因为：设θ为吸附剂表面被覆盖的百分比，1-θ为裸露表面百分比，吸附速率与1-θ成正比，脱附速率与θ成正比，则在吸附达到平衡时：两边取倒数，可处理成直线的形式：将上两式联立，可得：当Ce很大，qe越接近qmax。当Ce很小，qe与Ce成直线关系。2.吸附速度指单位重量的吸附剂在单位时间内吸附的物质的量。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。吸附速度决定于吸附剂对吸附

7、质的吸附过程。吸附过程一般分为3个阶段：颗粒外部扩散阶段颗粒内部扩散阶段吸附反应阶段。活性炭的吸附速度大小受下列因素影响：溶液浓度C↑，则V↑；颗粒直径d↓，则V↑；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。加强搅动，则V↑。6.2活性炭吸附水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石，活性白土、硅藻土、腐植质、焦炭、木炭、木屑等。本节着重介绍在水处理中应用较广的活性炭吸附剂。包括以下几方面内容：活性炭的制造活性炭的细孔构造和分布活性炭的表面化学性质6.2.1活性炭的制备活性炭是用含炭为主的物质(如

8、木材、煤)作原料，经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。活性炭的制造过程如图6－1：图6－1活性炭的制造过程示意图粉末状活性炭粒状活性炭（