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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、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等。1、活性炭的制造 高温炭化 活化,800900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24mm 棒状活性炭:50mm,L=255mm,2.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:5001700m2/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,0.150.90mL/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:2100nm,0.020.10mL/g,占比表面积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/L B常数;C平衡浓度,g/L,取倒数: (107)BET公式包括了朗谬尔公式: 设 , 且CCs,则BET公式可写成:令a=1/m,b=qo 朗谬尔式,BET公式可以适应更广泛的吸附现象。吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要参数,q决定吸附剂再生周期的长短,q越大,再生周期越长,再生剂用量及其费用越小。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,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,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:对于物理吸附,共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差。5.温度:对于物理吸附,T高则不利,吸附量减少。6.接触时间:应保证吸附达到平衡时的时间,而该时间的大小取决于吸附速度V,V大则所需时间短。,10.3 吸附操作方式,10.3.1 静态吸附 使废水与吸附剂搅拌混合,而废水没有自上而下流过吸附剂的流动,这种吸附操作叫静态吸附。10.3.2动态吸附 废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。,1.吸附设备(1)固定床:吸附剂在床中是固定的,废水自上而下流过吸附剂。 单床式、多床串联式、多床并联式。 按水流方向又可分:升流式与降流式。(2)移动床:接近饱和的吸附剂从塔底间歇排出,每次卸出总填充量的(520)%,同时从塔顶投加等量再生炭或新炭。(3)流化床:吸附剂在塔内处于膨胀状态。,2.穿透曲线(1)吸附带:指正在发生吸附作用的那段填充层,在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用,而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态,不再起吸附作用。(2)穿透曲线:以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标,以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。(3)穿透点:当出水吸附质浓度Ca为(0.050.10)Co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点。,(4)吸附终点:出水浓度Cb为(0.900.95)Co时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点(耗竭点)。(5)吸附带长度:从ta到tb的t时间内,吸附带所移动的距离叫吸附带长度(6)吸附带的移动速度V吸附带=/ t 1,上式等号右边括号内的1可忽略不计,则工作时间t: (10-9) 临界高度ho:当t=0时,保证出水吸附质浓度C不超过Ca(穿透浓度)时的吸附剂层的理论高度 (10-10) ho即吸附带高度,ho吸附反应越快。,2.模型试验求临界高度ho,截距: ; ; ; 线速度(m/h);以不同的V进行上述试验,将不同V时的No、K、ho作图,可分别得出KV、NoV、hoV三条曲线。,
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