第六章吸附

6.1吸附概述

6.2活性炭吸附

6.3活性炭吸附的應(yīng)用

6.4活性炭的再生

6.5水處理中的其它吸附劑

6.1吸附概述6.1.1概念吸附：在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象.

在水處理中，主要介紹利用固體物質(zhì)表面對(duì)水中物質(zhì)的吸附作用，即固—液界面上的吸附：

吸附法：是利用多孔性的固體物質(zhì)，使水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。吸附劑：具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。

吸附質(zhì)：廢水中被吸附的物質(zhì)。

6.1.2吸附的分類

根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為以下兩種類型：物理吸附、化學(xué)吸附。

1.

物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間的力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附是一種常見的吸附現(xiàn)象，一般在較低溫度下進(jìn)行。由于吸附是分子間力引起的，所以吸附熱較小，一般在41.9kJ／mol以內(nèi)，物理吸附因不發(fā)生化學(xué)作用，所以在低溫下就能進(jìn)行。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。

由于分子間力是普遍存在的，所以一種吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。形成多分子吸附層。但由于吸附劑和吸附質(zhì)的極性強(qiáng)弱不同，某一種吸附劑對(duì)各種吸附質(zhì)的吸附量是不同的。被吸附的分子由于熱運(yùn)動(dòng)還會(huì)離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸。吸附━解吸是可逆過程。

2.化學(xué)吸附

化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)作用，是由于化學(xué)鍵力引起的吸附?；瘜W(xué)吸附一般在較高溫度下進(jìn)行，吸附熱較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般為83.7~418.7kJ／mol。一種吸附劑只能對(duì)某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有選擇性。由于化學(xué)吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力進(jìn)行的，所以吸附只能形成單分子吸附層。當(dāng)化學(xué)鍵力大時(shí)，化學(xué)吸附是不可逆的。物理吸附和化學(xué)吸附并不是孤立的，往往相伴發(fā)生。在水處理中，大部分的吸附往往是幾種吸附綜合作用的結(jié)果。由于吸附質(zhì)、吸附劑及其它因素的影響，可能某種吸附是主要的。例如有的吸附在低溫時(shí)主要是物理吸附，在高溫時(shí)主要是化學(xué)吸附。

說明6.2活性炭吸附水處理中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石，活性白土、硅藻土、腐植質(zhì)：焦炭、木炭、木屑等。

水處理中應(yīng)用較廣的活性炭吸附劑。包括以下幾方面內(nèi)容：活性炭的制造活性炭的細(xì)孔構(gòu)造和分布活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)

6.2.1活性炭的制造

活性炭是用含炭為主的物質(zhì)(如木材、煤)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，外觀呈黑色?；钚蕴康闹圃爝^程如圖6－1：

圖6－1活性炭的制造過程示意圖粉末狀活性炭粒狀活性炭（園柱狀、球狀），粒徑2～4mm

棒狀活性炭：Φ50mm，L=255mm

木材、煤果殼隔絕空氣高溫炭化，600℃

炭渣活性炭活化,800~900℃活化劑：ZnCl2炭化是把原料熱解成炭渣，生成類似石墨的多環(huán)芳香系物質(zhì)；活化是把熱解的炭渣成為多孔結(jié)構(gòu)?；罨椒ㄓ兴巹┓ê蜌怏w法兩種。

藥劑活化法常用的活化劑有氯化鋅、硫酸、磷酸等。粉狀活性炭多用氯化鋅為活化劑?；罨癄t用轉(zhuǎn)爐。

氣體活化法一般用水蒸氣、二氧化碳、空氣作活化劑。粒狀炭多采用水蒸氣活化法，以立式爐或管式爐為活化爐。6.2.2活性炭的性質(zhì)1.物理性質(zhì)

巨大的比表面積（m2/g）——吸附性能好；發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)——微孔、中孔、大孔；

圖6－2活性炭孔隙分布示意圖a微孔尺寸<1～2nm，

小孔容積一般為0.15～0.90mL／g，表面積占比表面積的95％以上。微孔的作用：活性炭小孔的表面積占比表面積的95％以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附為主。由于活性炭的原料和制造方法不同，細(xì)孔的分布情況相差很大，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑和活性炭的細(xì)孔分布情況選擇合適的活性炭。b大孔

尺寸>25nm。大孔容積一般為0.2～0.5mL／g，表面積只有0.5～2m2／g。大孔的作用：占比表面積很小，吸附量小，提供通道。

它主要為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，使吸附質(zhì)通過此通道擴(kuò)散到過渡孔和小孔中去。

c中孔

尺寸>1～2或<25nm，過渡孔容積一般為0.02～0.10mL／g，其表面積占比表面積的5％以下。中孔的作用:占比表面積<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。即可為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，促使吸附質(zhì)通過它擴(kuò)散到小孔中去，當(dāng)吸附質(zhì)的分子直徑較大時(shí)，小孔幾乎不起作用，活性炭對(duì)吸附質(zhì)的吸附主要靠過渡孔來完成的。

粒狀炭和粉末炭粒狀炭：直徑大于0.1mm，利于再生，回收和再利用方便；粉末炭：直徑小于0.074mm，不利于再生，回收和再利用困難；密度（視密度、濕密度）、強(qiáng)度2.活性炭的化學(xué)性質(zhì)

活性炭是由形狀扁平的石墨型微晶體構(gòu)成的。處于微晶體邊緣的炭原子，由于共價(jià)鍵不飽和而易與其它元素如氧、氫等結(jié)合形成各種含氧官能團(tuán)：酸性官能團(tuán)和堿性官能團(tuán)。酸性官能團(tuán)官具有極性，主要吸附極性較強(qiáng)的化合物。目前對(duì)活性炭含有官能團(tuán)(又稱表面氧化物)的研究尤其對(duì)堿性官能團(tuán)的研究還不夠充分，但已證實(shí)的有－OH基、－COOH基等。

吸附性能用碘值、糖蜜值表示：碘值：在一定條件下活性炭吸附碘的量，表示活性炭吸附小分子物質(zhì)的吸附性能；糖蜜值：表示活性炭吸附大分子物質(zhì)的吸附性能3.活性炭的吸附性質(zhì)

1.吸附劑的性質(zhì)：吸附劑的種類、顆粒大小、比表面積，顆粒的細(xì)孔構(gòu)造與分布、吸附劑是否是極性分子等。2.吸附質(zhì)的性質(zhì)：（1）溶解度：越低越容易吸附，具有較大的影響。（2）使液體表面自由能W降低得越多的吸附質(zhì)則越容易被吸附。6.2.3影響活性炭吸附性能的因素

（3）極性：極性吸附劑易吸附極性的吸附質(zhì)非極性吸附劑易吸附非極性的吸附質(zhì)（物以類聚）（4）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度?；钚蕴浚阂孜椒肿又睆捷^大的飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物（5）吸附質(zhì)的濃度較低時(shí)，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至為一定值。

3.廢水的PH值活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。4.共存物質(zhì)：對(duì)于物理吸附，共存多種物質(zhì)時(shí)的吸附比單一物質(zhì)時(shí)的吸附要差。5.溫度：對(duì)于物理吸附，T高則不利，吸附量減少。6.接觸時(shí)間：應(yīng)保證吸附達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間，而該時(shí)間的大小取決于吸附速度V，V大則所需時(shí)間短。6.2.4吸附理論

1.吸附等溫線（1）吸附平衡

當(dāng)吸附質(zhì)的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在單位時(shí)間內(nèi)吸附數(shù)量等于解吸的數(shù)量，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度C與在吸附劑表面上的濃度都不再變時(shí)，即達(dá)到吸附平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液的濃度C叫平衡濃度。

（2）吸附除量q(g騎/g)衡量戶吸附菌劑吸季附能楚力大豪小的糾參數(shù)嫌。即腫達(dá)到鄰吸附昏平衡春時(shí)，遠(yuǎn)單位拾重量僻的吸星附劑疤（g）所索吸附衡的吸傲附質(zhì)河的重啄量（g）。式中耐：V—廢水容推積；W—活性炭杯投量，gC0—廢水絨吸附生質(zhì)濃掏度（g/L）C—吸附平沙衡時(shí)水鵲中剩余肯的吸附御質(zhì)濃度(g合/L旺)—平衡濃血度（3）吸附召等溫線在一扯定T下，q隨吸附須質(zhì)的平而衡濃度C而變化欲的曲線驚（q=蓬f(暗C)）叫吸合附等溫笛線。用板數(shù)學(xué)公矛式描述僅則叫吸場附等溫較式。（4）吸附藥等溫式早（三種禾，液相剛還沒有特統(tǒng)一的蛇理論）朗謬爾波（Lan嫌gmu栗ir）公巴式費(fèi)蘭德社利希（Fre婦und回lic豎h）公佳式BE掙T公式朗謬孩爾（Lan豬gmu碧ir）公教式——單一筋組分啟溶液陜中溶竿質(zhì)的虜吸附費(fèi)蘭借德利股希（Fre惹und躬lic棒h）公拌式——單一訓(xùn)組分蕉溶液諒中溶甘質(zhì)的允吸附式中蔑：K、n——常數(shù)；C——吸附質(zhì)像平衡濃著度（g/并L）q——吸附量取對(duì)數(shù)引：繪圖須：1/n越小團(tuán)，吸僚附性惕能越征好，1/n忽=0.壤1~0游.5，容易巷吸附；1/n桿>2，則難蕉吸附。1/n較大僚則采要用連勁續(xù)吸齒附，扇反之褲采用箱間歇予吸附亭。BE禮T公式——適用于掛兩種及佳以上的凈溶質(zhì)用?；钚蕴坷m(xù)吸附時(shí)式中:qo—單分子炒吸附層參的飽和怨吸附量,g/凍gCs—吸附質(zhì)狠的飽和勻濃度,g吵/LB—常數(shù)；C—平衡拿濃度鼠，g/照L取倒數(shù)趣：吸附抵量q的意無義：選擇吸疤附劑和皺吸附設(shè)榨備的重惰要參數(shù)使，q決定項(xiàng)吸附意劑再亂生周譽(yù)期的論長短塘，q越大，古再生周泛期越長比，再生豈劑用量互及其費(fèi)袋用越小瞎。q通過框吸附處試驗(yàn)映來確卷定。2.吸附匪速度指單位潑重量的畢吸附劑賄在單位職時(shí)間內(nèi)皇吸附的爐物質(zhì)的晌量。吸附嘩速度V決定了都廢水和田吸附劑槳的接觸驕時(shí)間，V越大東，則純接觸辰時(shí)間劈燕越短譯，所撫需設(shè)妖備容碰積就國越小稿，反巖之亦屢然。吸附屠速度百?zèng)Q定筋于吸葵附劑散對(duì)吸恢附質(zhì)臺(tái)的吸呀附過腐程。數(shù)吸附圍過程綠一般唇分為3個(gè)階饞段：顆粒民外部齡擴(kuò)散桑階段顆粒內(nèi)沙部擴(kuò)散傭階段吸附誕反應(yīng)憂階段威?；钚阅樚康亩阄降袼俣蕊@大小乳受下培列因裳素影燈響：溶液劇濃度C↑，則V↑；顆粒直替徑d↓，則V↑；d↓,希V↑。所以則，粉末竊狀活性泉炭比粒喬狀活性襲炭的吸份附速度迫要快，恩接觸時(shí)姑間短，驕設(shè)備容胖積小。加強(qiáng)蕩攪動(dòng)百，則V↑。6.3葉.1活性隨炭吸挨附的胖功能去除腫臭和集味去除胡總有秒機(jī)碳去除消民毒副產(chǎn)州物前驅(qū)拾物去除槐揮發(fā)插性有抵機(jī)物人工始合成集有機(jī)咽物的底去除6.3活性押炭吸籠附的貪應(yīng)用6.仙3.忌2粉末鏟活性福炭的佳應(yīng)用粉末饒活性則炭粒浴度小查、接騙觸面帥積大稅，吸鍛附速縫度快踢、效丸果好尖。但公是再廢生困醬難，腸因而積運(yùn)行洗費(fèi)用傘較高碗。6.都3.棍3粒狀饒活性瓦炭的違應(yīng)用適用告于飲矮用水欲原水制受到追比較蝴嚴(yán)重鋸污染勇需要京長期叔使用鳳活性存炭，卵或者鳳為了抖活性竭炭能鐘夠再詳生時(shí)鉆用粒懲狀活顏性炭置濾池弱。前吸偵附、拒濾后樂吸附信、過臉濾吸底附吸附冠裝置維形式用：固定床隱、移唉動(dòng)床、家流化床(1鋼)固定差床固定床類有降流棟式(又分重玩力式和橋壓力式)，也有螞升流式諒（或稱茫膨脹式壩），炭神層的膨協(xié)脹變?yōu)?0％～15％。職兩種洪形式漲的處構(gòu)理效悔果基撓本相椒同。為了使添炭床從紹上到下尋都發(fā)揮脅最大的兆吸附作坡用，即父達(dá)到吸室附平衡兆，生產(chǎn)綢上多采襲用多塔蝴串聯(lián)操示作（一斷般2～4塔)。一般術(shù)固定掩床炭決層高背與塔沒直徑墻的比漫為(2～4)：1，塔內(nèi)獎(jiǎng)流速(空塔速閣度)采用5－10m／h。圖6-期3降流愛式固澆定床碰型吸藍(lán)附塔鬧構(gòu)造裂示意鋸圖這是水孟處理工疑藝中最辰常用的功一種方窮式。當(dāng)廢柄水連恢續(xù)通染過填鄉(xiāng)豐充吸職附劑領(lǐng)的吸斥附設(shè)侍備(吸附塔已或吸附擴(kuò)池)時(shí)，廢好水中的探吸附質(zhì)切便被吸獸附劑吸孩附。因膽為這種炎動(dòng)態(tài)吸濃附設(shè)備梢中吸附仰劑在操卵作中是短固定的觀，所以饑叫固胡定床壇。吸附那劑進(jìn)弦行吸跡附和冠再生脂可在杜同一售設(shè)備耗內(nèi)交若替進(jìn)他行，螺也可法將失貧效的倍吸附破劑卸各出，昌送到覆再生花設(shè)備渾進(jìn)行柱再生蹲。(a)(b)(c拼)單床平式多床并串聯(lián)凈式多床姨并聯(lián)束式圖6-粗4固定蘇床吸誰附操碗作示倚意圖(3)流動(dòng)床(流化計(jì)床)這種宵操作掛方式野與固伙定床燙和移儲(chǔ)動(dòng)床始不同駐的是究在于挖吸附赤劑在捎塔內(nèi)騰處于乒膨脹襯狀態(tài)類或流怨化狀梨態(tài)。喪被處炊理的劉廢水果與活版性炭數(shù)基本臂上也馬是逆盡流接叔觸。用少量脖的炭就占可處理剝較多的潔廢水，踐基建費(fèi)鉆用低、深這種操際作適于櫻處理含編懸浮物垂較多的蹦廢水，頸不需要處進(jìn)行反拖沖。流化床羅一般連研續(xù)卸炭鍵連續(xù)投呆炭，空掌塔速度近要求上責(zé)下不混附層。保嶄持炭層緣瑞成層狀切向下移捐功。為克服細(xì)這個(gè)缺壁點(diǎn)開發(fā)假出多層張流化床丹，這種計(jì)床每層坡的活性大炭可以聽相混，廢新炭從粗塔頂投獸入。依宇次下移簽，移到需底部時(shí)深達(dá)到飽畜和狀態(tài)脊和卸出刮。6.3選.4活性片炭纖借維的扛應(yīng)用用于收空氣障的凈農(nóng)化、箏水中綿脫氮腿、飲鹽用水風(fēng)處理鍛等活性技炭纖撞維含緒碳量候高，尤孔隙送窄、列微孔傷發(fā)達(dá)補(bǔ)，吸絮附效蛙果好國，再閥生容佩易，播但價(jià)崇格高數(shù)。6.3曠.5臭氧——生物臺(tái)活性腸炭的貸應(yīng)用臭氧生因物活性老炭中臭此氧能夠姐氧化部窩分有機(jī)堪物并能線使大分痛子物質(zhì)券轉(zhuǎn)化為貞小分子隆物質(zhì)，孕從而改殊善了活予性炭的鞏吸附性蒜能。具遙有吸附召和降解役有機(jī)物監(jiān)的雙重舞功能。但生物擴(kuò)活性炭劇受溫度吉影響大叛，冬季筐不宜運(yùn)復(fù)行，而稠且耗電渴量大等撈缺點(diǎn)。6.4活性炭爹的再生1.再生臉的目震的就是拜在吸商附劑坡本身就結(jié)構(gòu)半不發(fā)檢生或蜂極少緣瑞發(fā)生乒變化紫的情片況下例，用納某種擊方法抱將吸攜附質(zhì)啞從吸惰附劑醒的細(xì)寒孔中估除去捷，以陵便能什夠重膜復(fù)使縮慧用。2.再生方洗法（1）加駝熱再蓮生法井：由傲脫水汽、干劃燥、溜炭化謹(jǐn)，活湊化、大冷卻便等5步組成（2）藥弓劑再肉生法腿：無鵝機(jī)酸妥或Na團(tuán)OH，有撞機(jī)溶脅劑（賣苯、浪丙酮自等）（3）化學(xué)投氧化法候：電解業(yè)氧化法漸，O3氧化快法，特濕式圾氧化猴法。（4）生唯物法秋：利賺用微鎮(zhèn)生物治的作茶用，隔將被胖活性羊炭吸另附的飽有機(jī)紋物加淘以氧聚化分炕解。(1）加熱揪再生法加熱鑼再生趕法分低溫和高溫兩種渾方法勉。低溫適于吸水附濃度丙較高的戴簡單低粒分子量鳴的碳?xì)涞没衔镉韬头枷闵徸逵袡C(jī)枯物的活筑性炭的遍再生。原多采用急水蒸氣菊再生。高溫適于而水處繞理粒股狀炭橡的再啞生1）高溫捷加熱再珠生分5步進(jìn)有行：脫水腸：使活彩性炭軟和輸怨送液至體進(jìn)丑行分每離。干燥哥：加溫銹到100℃～15如0℃，將吸行附在活澡性炭細(xì)憐孔中的父水分蒸諷發(fā)出來寶，同時(shí)資部分低刷沸點(diǎn)的灑有機(jī)物惜也能夠成揮發(fā)出園來。碳化滴：加熱到300℃～700℃，高置沸點(diǎn)藍(lán)的有持機(jī)物貝由于者熱分儉解，撕一部冤分成莫為抵盆沸點(diǎn)豎的有勝機(jī)物灘進(jìn)行猴揮發(fā)齡：另乎一部姐分被據(jù)炭化蔬，留兄在活算性炭多的細(xì)筑孔中壇?；罨簩⑻狂劵舳Ｔ诨罴蕴苛T細(xì)孔辛中的枯殘留色炭．蠶用活灑化氣晚體(如水恒蒸氣搜、二仔氧化低碳及肅氧)進(jìn)行氣斥化，達(dá)較到重新糖造孔的雕目的。出活化溫陜度一般貧為70蛋0℃～10森00℃。冷卻：活化后巧的活性衡炭用水題急劇冷芬卻，防堂止氧化活性答炭高蕉溫加饅熱再賀生系問統(tǒng)由錯(cuò)再生于爐、蝴活性想炭貯貢罐、斃活性恨炭輸患送及扁脫水戚裝置勒等組平成。末如圖杜所示乏。活性統(tǒng)炭漿租池泥漿泵失效炭脫水罐螺旋傳送器廢氣處理裝置再生爐水蒸汽冷卻罐再生炭儲(chǔ)罐炭末排水再生炭干式加損熱再生杰系統(tǒng)高溫貪加熱記再生貍法的未優(yōu)缺厘點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)陰：①幾乎湯所有有督機(jī)物都圣可以采紀(jì)用此法果；②再估生炭贏質(zhì)量冷均勻償，再子生性匠能恢喝復(fù)率備高，亦一般恥在95％以上家；③再很生時(shí)凱間短并，粉哲狀炭摔需幾如秒鐘錫。粒贏狀炭30～60m攏in④不產(chǎn)叫生有幕機(jī)再牧生廢凝液。缺點(diǎn)循：①再生火損失率鎖高，再福生一次廊活性炭富損失率貼達(dá)3％-10％；②在積高溫跌下進(jìn)肅行