7吸附

水水水水水1水8水水水水水水,水水,水水水水水水目录CONTENTS8.1吸附现象和吸附材料8.2活性炭吸附原理8.3粉末活性炭处理8.4颗粒活性炭处理No.3吸附现象空气净化剂防毒面具活性炭净水器8.1吸附现象和吸附材料No.48.1吸附现象和吸附材料一、吸附的定义在两相界面层中，某物质浓度能够自动地发生富集的现象。二、吸附剂和吸附质吸附剂：具有吸附能力的物质。吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。No.58.1吸附现象和吸附材料三、吸附材料多孔吸附材料无孔吸附材料纳米吸附材料活性炭活性铝吸附树脂硅胶沸石膨润土纤维材料生物材料矿物材料碳纳米管石墨烯富勒烯No.6沸石是一种含有水架状结构的铝硅酸盐矿物，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然铝硅酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”（瑞典文zeolit）。在希腊文中意为“沸腾的石头”。此后人们对沸石的研究不断深入。天然沸石因成分不同分为:方沸石（Na[AlSi2O6]·H2O）和钙沸石（Ca[Al2Si3O10]·3H2O）。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯。活性氧化铝两种不同的天然沸石多孔吸附材料No.71932年，McBain提出了“分子筛”（Molecularsieve）的概念。表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。沸石用作分子筛，可以吸取或过滤其他物质的分子。虽然沸石只是分子筛的一种，但是沸石在其中最具代表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。气体吸附剂、水处理吸附剂例如：氨氮、有机污染物、重金属多孔吸附材料No.8生物吸附剂（biosorbent,low-costadsorbent)去除多种污染物：重金属、有机污染物等。秸秆藻类颗粒污泥无孔吸附材料No.9无孔吸附材料No.10无孔吸附材料No.11无孔吸附材料No.12碳纳米管计算机构像碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。纳米吸附材料No.13高比表面积、高比表面能、高反应活性的特点，因而吸附性能优异。对无机物污染物（如重金属）、有机污染物（如苯酚、富里酸）吸附效果良好。碳纳米管分散液纳米吸附材料SEMNo.14活性炭吸附工艺是饮用水深度处理及污水回用深度处理中经常采用的重要单元操作技术之一。8.2活性炭吸附原理8.2.1活性炭的类别与制造8.2.2活性炭可以吸附的物质8.2.3活性炭吸附的影响因素8.2.4吸附容量和等温线8.2.5吸附动力学No.158.2.1活性炭的类别与制造颗粒活性炭（GranularActivatedCarbon：GAC）粉末活性炭（PowderedActivatedCarbon：PAC）活性炭纤维（ActivatedCarbonFiber：ACF）GACPACACFNo.16原料：煤、果壳、木屑等。成型：破碎、筛分；粘合、成型、破碎。炭化：无氧、400oC活化：加入水蒸气或二氧化碳，升温至800-900oC。形成了含有丰富孔隙结构的活性炭产品。果壳炭（核桃壳、椰壳、杏壳、桃壳）的吸附性能要优于煤质炭，但价格也较高。自来水厂和小区处理站多采用煤质炭，家用净水器多采用性能更高的果壳炭。活性炭的制造工艺原料成型、破碎炭化活化产品8.2.1活性炭的类别与制造No.17吸附剂表面8.2.1活性炭的类别与制造物理吸附分子间力无选择性，分子引力随分子量增大而增加；表面能降低，放热；无化学反应发生；脱附容易。交换吸附静电引力表面能降低，靠吸附质离子与吸附剂表面带电点上的静电引力聚集在吸附剂表面，同时放出等当量的同号离子。吸附剂与吸附质之间发生了化学反应。化学键力化学吸附No.18活性炭中的孔隙可以分为三大类：孔径4nm，表面积占活性炭总表面积的95%以上，是活性炭的主要吸附区。又称过渡孔，孔径4-100nm，表面积占活性炭总表面积的5%以下，是吸附质进入微孔的通道，并可吸附一些大分子有机物，但因其表面积小，对大分子有机物的吸附能力有限。延长活化时间、减小升温速度、用药剂活化时，可得到过渡孔发达的活性炭。中孔：微孔：孔径100nm，表面积占活性炭总表面积的1%以下，主要为吸附质提供通道。大孔：8.2.1活性炭的类别与制造No.19太原新华活性炭厂ZJ15活性炭性能指标（煤质炭，在国内自来水厂中广泛使用，约6000元/吨）8.2.1活性炭的类别与制造No.208.2.2活性炭可以吸附的物质活性炭属于非极性吸附剂，对非极性、弱极性的有机物有很好的吸附能力。对低分子量的极性有机物和碳水化合物吸附效果不好，如低分子量的醇、醛、酸、糖等。活性炭在高温制备过程中，形成了多种官能团，这些官能团对水中的部分离子有一定的化学吸附作用，因此活性炭也可以吸附去除多种重金属离子，其作用是通过络合螯合作用，它的选择性较高，属单层吸附，并且脱附较为困难。在水处理中，活性炭作为一种深度处理技术，可用来吸附去除水中的有机物、色、嗅、味和部分重金属离子。No.218.2.3活性炭吸附的影响因素（1）活性炭的性质（2）吸附质的性质（3）主要环境因素No.228.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质1、比表面积2、孔结构3、粒度与孔隙度的分布4、活性炭机械强度5、活性炭表面化学性质No.231、比表面积比表面积越大、吸附容量越大、吸附性能越好。活性炭的粒径越小、微孔越发达、比表面积越大。对于大分子吸附质，比表面积过大效果反而不好，微孔提供的表面积不起作用。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.242、孔结构活性炭的孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差；孔径太小，不利于吸附质的扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。大部分吸附表面积由微孔提供，因此吸附量主要受微孔支配。分子筛因其孔径分布十分均匀，而对某些特定大小的分子具有很高的选择吸附性。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.258.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.263、粒度与孔隙度的分布：与吸附速率有关。粒度越小，吸附速率越快，但阻力损失要增大。一般在8-30目范围较宜。水处理用的活性炭，要求过渡孔较为发达，有利于吸附质向微孔中扩散。4、活性炭机械强度：直接影响活性炭的使用寿命8.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.275、活性炭表面化学性质活性炭在制造过程中会形成一定量的不均匀的表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。一般把表面氧化物分成酸性和碱性两大类，并按这种分类来解释其吸附作用。酸性氧化物基团：羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基、羧酸酐基、环式过氧基等，对碱金属氢氧化物有很好的吸附能力（酸性氧化物在低温500℃活化时形成）。碱性氧化物在高温活化时（800℃以上）形成，在溶液中吸附酸性物。表面氧化物成为选择性吸附的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，一般来说，有助于对极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.28用于水处理的活性炭应：吸附容量大→比表面积大→微孔发达吸附速率快→过渡孔发达机械强度好8.2.3活性炭吸附的影响因素：（1）活性炭的性质No.291、溶解度2、极性3、吸附分子构造4、吸附质浓度8.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质No.30同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。1、溶解度溶解度越小的溶质越容易被吸附。溶解度小表示溶质对水的亲和力小，相对吸附剂的亲和力大。同一族化合物的溶解度随碳链的加长而降低，而吸附容量则随碳链的加长（分子量的增大）而增大。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质No.312、极性活性炭表面虽有羟基、羧基、羰基等官能团，但其基本上被看成是一种非极性的吸附剂（微弱的极性），因此优先吸附水中极性小的有机物。例如：对于脂肪酸水溶液，活性炭优先吸附的顺序是：丁酸丙酸乙酸甲酸例如：对苯和苯酚，更易于吸附苯，因为羟基使苯酚的极性增加。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质No.323、吸附质分子构造吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。有报道认为，活性炭内部起吸附作用的孔道直径（D）是吸附质分子直径（d）的1.7-21倍，最佳吸附范围是D/d=1.7-6。相对分子量1000的有机物，其平均分子直径约为1.3nm，可以推断被活性炭吸附的物质的分子量小于1000。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质No.338.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质吸附质分子大小相同时：不饱和键的有机物较饱和键的有机物容易被吸附芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于被吸附支链化合物比直链化合物易于被吸附极性高的低分子化合物及腐殖酸等高分子化合物难被吸附。No.344、吸附质浓度在一定浓度范围内，随着浓度增高，吸附容量增大。因此吸附质的浓度变化、活性炭对该种吸附质的吸附容量也变化。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（2）吸附质的性质No.35溶液的pH值影响到溶质的存在状态（分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。在pH=7.5-9.5的范围内，吸附去除率较高。在实际应用中，通过试验确定最佳pH值范围。8.2.3活性炭吸附的影响因素：（3）主要环境因素1、pH值No.36吸附是放热过程，低温有利于吸附，高温有利于脱附。由于吸附热不大，此影响不显著。温度影响溶解度。一般，温度升高，溶解度则大，导致吸附量下降。通常，温度对溶解度的影响强于对吸附平衡的影响。温度对气相吸附影响较大，因此，气相吸附确定活性炭的吸附性能时需在等温条件下测定，吸附等温线因此得名。2、温度8.2.3活性炭吸附的影响因素：（3）主要环境因素No.378.2.4吸附容量和等温线mVmxq)C-C(e0吸附等温线的作用提供活性炭吸附容量，粗略计算在达到一定出水水质条件下所需炭量。qe：吸附容量，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的量，mg/g（平衡时）x：被吸附的吸附质的量，mgm：活性炭量，mgV：水量，LC0：进水浓度，mg/LCe：平衡时溶液中浓度，mg/LNo.388.2.4吸附容量和等温线一个间歇吸附试验一组qe、Ce在一定温度下，改变C0或m一系列qe、Ce做qe~Ce图，称为吸附等温线吸附等温线的数据常用曲线拟合的方法写成公式的形式。在水处理中常用的吸附等温线公式有：Langmuir、Freundlich、BETNo.39碘值法：表征的是微孔的吸附容量100ml溶液中加入2.7g/L碘+4.1g/LKI，加入用盐酸润湿的活性炭样品0.5g，经过5min振荡之后求出对碘的吸附量，mg/g。亚甲基蓝吸附法：1.2mg/ml的亚甲基蓝溶液中加入活性炭并振荡30min后，单位质量的活性炭吸附的亚甲基蓝mg数，mg/g。亚甲基蓝是一种染料，相对分子质量374，分子直径1nm，代表活性炭对相应分子量有机物的吸附容量。8.2.4吸附容量和等温线No.40Langmuir吸附等温线：理论推导得出的公式假设：吸附剂表面的吸附能是均匀分布的；吸附剂表面被吸附的溶质分子只有一层，单层吸附饱和时，吸附容量最大；被吸附在吸附剂表面上的溶质分子不再迁移；吸附能为常数eeebCCbqmxq10b：吸附系数，L/mgq0：吸附剂表面上溶质分子单层吸附饱和时，每单位质量吸附剂吸附溶质的量。即单分子层饱和吸附容量，mg/g8.2.48.2.4吸附容量和等温线吸附容量和等温线No.4101qCeqe1/qe1/Ceee