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    活性炭吸附與脫附原理

    来源:传梦脈沖除塵器(傳夢環保整理发布)   时间:2018-11-29

    活性炭吸附原理

    根據吸附過程中,活性炭分子和汙染物分子之間作用力的不同,可將吸附分爲兩大類:物理吸附和化學吸附(又稱活性吸附)。在吸附過程中,當活性炭分子和汙染物分子之間的作用力是範德華力(或靜電引力)時稱爲物理吸附;當活性炭分子和汙染物分子之間的作用力是化學鍵時稱爲化學吸附。物理吸附的吸附強度主要與活性炭的物理性質有關,與活性炭的化學性質基本無關。由于範德華力較弱,對汙染物分子的結構影響不大,這種力與分子間內聚力一樣,故可把物理吸附類比爲凝聚現象。物理吸附時汙染物的化學性質仍然保持不變。

    由于化學鍵強,對汙染物分子的結構影響較大,故可把化學吸附看做化學反應,是汙染物與活性炭間化學作用的結果。化學吸附一般包含電子對共享或電子轉移,而不是簡單的微擾或弱極化作用,是不可逆的化學反應過程。物理吸附和化學吸附的根本區別在于産生吸附鍵的作用力。

    吸附過程是汙染物分子被吸附到固體表面的過程,分子的自由能會降低,因此,吸附過程是放熱過程,所放出的熱稱爲該汙染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學吸附的作用力不同,它們在吸附熱、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數和吸附光譜等方面表現出一定的差異。

    活性炭吸附技術在國內用于醫藥、化工和食品等工業的精制和脫色已有多年曆史。70年代開始用于工業廢水處理。生産實踐表明,活性炭對水中微量有機汙染物具有卓越的吸附性,它對紡織印染、染料化工、食品加工和有機化工等工業廢水都有良好的吸附效果。一般情況下,對廢水中以BOD、COD等綜合指標表示的有機物,如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機氯、農藥和石油化工亚洲香蕉视频在线播放等,都有獨特的去除能力。所以,活性炭吸附法已逐步成爲工業廢水二級或三級處理的主要方法之一。

    吸附是一種物質附著在另一種物質表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現象,其與表面張力、表面能的變化有關。引起吸附的推動能力有兩種,一種是溶劑水對疏水物質的排斥力,另一種是固體對溶質的親和吸引力。廢水處理中的吸附,多數是這兩種力綜合作用的結果。活性炭的比表面積和孔隙結構直接影響其吸附能力,在選擇活性炭時,應根據廢水的水質通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發達的炭種。此外,灰分也有影響,灰分愈小,吸附性能愈好;吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈接近,愈容易被吸附;吸附質濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度範圍內,吸附量是隨吸附質濃度的增大而增加的。另外,水溫和pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少,隨pH值的降低而增大。故低水溫、低pH值有利于活性炭的吸附。

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    活性炭脫附原理

    活性炭脫附是吸附的逆過程。是使已被吸附的組分達到飽和從吸附劑中析出,吸附劑得以再生的操作過程。即被吸附于界面的物質在一定條件下,逃逸界面重新進入體相的過程,也稱解吸。

    活性炭再生是吸附飽和的活性炭通過一定條件處理後再次活化。活性炭在環境保護,工業與民用方面己被大量使用,並且取得了相當的成效,然而活性炭在吸附飽和被更換後,使用活性炭吸附是一個物理過程,因此還可以采用高溫蒸汽將使用過的活性炭內之雜質進行脫附,並使其恢複原有之活性,以達到重複使用的目的,具有明顯的經濟效益。再生後的活性炭其用途仍可連續重複使用及再生。活性炭再生是吸附飽和的活性炭通過一定條件處理後再次活化。

    活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳,也有排列規整的晶體碳。活性炭中除碳元素外,還包含兩類摻和物:一類是化學結合的元素,主要是氧和氫,這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中,或者在活化過程中,外來的非碳元素與活性炭表面化學結合,如用水蒸氣活化時,活性炭表面被氧化或水蒸氣氧化;另一類摻和物是灰分,它是活性炭的無機部分;灰分在活性碳中易造成二次汙染

    活性炭的脫附方法

    1、升溫脫附

    物質的吸附量是隨溫度的升高而減小的,將吸附劑的溫度升高,可以使已被吸附的組分脫附下來,這種方法也稱爲變溫脫附,整個過程中的溫度是周期變化的。微波脫附是由升溫脫附改進的一種技術,微波脫附技術已應用于

    氣體分離、幹燥和空氣淨化及廢水處理等方面。在實際工作中,這種方法也是最常用的脫附方法。

    2、減壓脫附

    物質的吸附量是隨壓力的升高而升高的,在較高的壓力下吸附,降低壓力或者抽真空,可以使吸附劑再生,這種方法也稱爲變壓脫附。此法常常用于氣體脫附。

    3、沖洗脫附

    用不被吸附的氣體(液體)沖洗吸附劑,使被吸附的組分脫附下來。采用這種方法必然産生沖洗劑與被吸附組分混合

    的問題,需要用別的方法將它們分離,因此這種方法存在多次分離的不便性。

    4、置換脫附

    置換脫附的工作原理是用比被吸附組分的吸附力更強的物質將被吸組分置換下來。其後果是吸附劑上又吸附了置

    換上去的物質,必須使用別的方法使他們分離。

    5、磁化脫附

    由于單分子水的性質比簇團中的水分子活潑得多,能充分顯示它的偶極子特性,從而使水的極性增強。預磁處理能增大水的極性,這就能充分解釋經過預磁處理後活性炭的吸附容量減小的現象。當磁場強度增大時,分離出的單個水分子越多,則阻礙作用就越大,從而吸附容量減小得也就越多。活性炭本身爲非極性物質,活性炭的表面由于活化作用而具有氧化物質,且吸附劑是在濕空氣條件下活化而成,它使活性炭的表面氧化物質以酸性氧化物占優勢,從而使活性炭具有極性,能夠吸附極性較強的物質。由于這些帶極性的基團易于吸附帶極性的水,從而阻礙了吸附劑在水溶液中吸附非極性物質。這種方法常用于溶液中對吸附質的脫附。

    6、超聲波脫附

    超聲波(場)是通過産生協同作用來改變吸附相平衡關系的,在超聲波(場)作用下的吸附體系中添加第三組分後,體系相平衡關系朝固相吸附量減少方向移動的程度大于在常規條件下的吸附體系。根據超聲波的作用原理推測,可能是因爲第三組分改變了流體相的極性,增加了空化核的表面張力,使得微小氣核受到壓縮而發生崩潰閉合周期縮短的現象,從而産生更強烈的超聲空化作用。因此,在用活性炭吸附待分離溶液中的物質後,可以用超聲波(場)産生協同作用來改變吸附相平衡關系,降低活性炭對吸附質的吸附穩定性,從而達到降低脫附活化能的目的。

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