含酚废水处理.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流含酚废水处理.精品文档.学位论文论文题目： 含酚废水处理 硕 士 生： 指导教师： 教授 工程领域： 含酚废水处理摘 要酚类废水的毒性剧烈，它对于人类和生物组织的危害巨大，皮肤沾染或渗透后、被生物吞咽后，都显示其有较高的毒性，同时，此种物质也对自然届造成较大危害，溶在水中可以严重污染水质。所以如果不能能够生理安全有效地处理掉水中的对氯苯酚，将不可避免地对人们及其他生物构成极大危害。吸附法是本文所要阐述的主要办法，在此方法中对设备的要求简单、操作流程方便、对含氯苯酚的废水能够较好净化，可对大部分污染物质进行有效吸附，回收物的纯度系数较高，而且因为该生产流程对能耗要求不高、活性碳纤维再生容易，所以在工业上得到广泛地应用。若要实现此种方法的工作生产，就要从环境和经济效益两个角度考虑，资源回收与废水处理达标排放是水处理过程中需要探查的两个方面问题。本文中阐述的活性碳纤维做为吸附剂进行操作是一种操作简便的方法，同时可有效回收利用废水中有用资源，这种物理化学方法适用于高低浓度的废水，本实验采用吸附法脱除废水中的氯苯酚，用活性炭纤维作为吸附剂。本文拟对活性炭纤维用于等温吸附平衡进行研究求算模型参数以及PH值对活性炭纤维吸附氯苯酚影响的研究，并且对活性炭纤维固定床等温吸附突破曲线和活性炭纤维的填充床的再生做了较详细的研究。通过此实验为现实工业中该类废水的处理方法提供了理论依据。此方法为改进处理含酚废水技术提供根据，相信会在实际工业生产中有实际价值。ABSTRACTChlorophenol is a strong toxic and flammable substance, when absorbed through the skin or inhaled, after swallowing it also stimulates the organism tissue serious. Chlorophenol is a pollutants for source. Had no reasonable treatment, it would imperil people and other biology.The assay method equipment is simple, easy to operate, high purification rate, adsorption capacity, high purity of recycled goods, and easy to renew and many other advantages, so widely used in industry.Starting from the point of view of environmental and economic benefits, both resource recovery and waste water treatment should be considered in water treatment technologies. The adsorption technology is a simply physical and chemical method for high and low concentrations of wastewater ,which could reclaim useful resource for recycling waste water, The experiment uses the activated carbon fiber as the sorbent to adsorb the chlorophenol in wastewater. This paper intends to study the balance of activated carbon fibers for isotherm adsorption studies, to calculate the model parameters and the PH value of impact on activated carbon fiber adsorption chlorophenol .it also study fixed bed regeneration of activated carbon fiber fixed bed adsorption breakthrough curves of activated carbon fibers detailed study. This experiment provides a theoretical basis for such wastewater treatment in the real industry.This method improved the treatment of phenol wastewater technology, I believe the real value in the industrial production.创新点摘要本文主要研究的是通过活性碳纤维实现对含酚废水处理的过程，其创新点如下：1.对于含酚废水的处理过程和方法被作为水处理研究中备受关注的课题。就环境和经济效益两个角度考虑，资源回收与废水处理达标排放是水处理过程中需要探查的两个方面问题。本文中阐述的活性碳纤维做为吸附剂进行操作是一种操作简便的方法，同时可有效回收利用废水中有用资源，这种物理化学方法适用于高低浓度的废水，但若吸附剂再生性能差、价格贵。则很难在实际水处理中普遍应用。活性碳纤维此类物质是一种高效新型的吸附剂，它的优点包括吸附容量大、吸附和解吸速率快、再生条件温和。所以对于此类物质在废水处理的应用研究中逐步加深。2. 在文中对活性炭纤维用于等温吸附平衡进行了研究求算模型参数以及PH值对活性炭纤维吸附氯苯酚影响的研究，并且对活性炭纤维固定床等温吸附突破曲线和活性炭纤维的填充床的再生做了较详细的研究。通过此实验为现实工业中该类废水的处理方法提供了理论依据。目 录学位论文独创性声明I学位论文使用授权声明I摘 要IIABSTRACTIII创新点摘要V目 录1前 言1第一章.文献综述21.1 酚类化合物危害概述21.2 含酚废水的处理方法21.2.1 高浓度含酚废水的处理方法21.2.2 中等浓度含酚废水的处理方法31.2.3 低浓度含酚废水的处理方法41.3 活性炭纤维简介41.3.1 活性炭纤维的组成和性能41.4 活性炭纤维在生活中的应用51.4.1 水处理方面的应用51.4.2 电子器材和产品方面的应用61.5扩散机理与扩散方程71.5.2 吸附等温线的经典模型91.6 固定床吸附器10第二章.实验所用药品仪器和所用溶液的配制162.1 实验药品162.2 实验仪器与设备162.3 所用溶液的配制172.3.1 对氯苯酚原液（PCP）的配制172.3.2 缓冲溶液（pH值10）的配制172.3.3 4氨基安替比林（4APP）溶液的配制172.3.4 铁氰化钾溶液172.3.5. 对氯苯酚中间液172.4 溶液配制备注17第三章.实验部分193.1 活性炭纤维吸附氯苯酚标准曲线的绘制193.1.1 显色原理与实验内容193.1.2 绘制标准曲线的实验步骤193.2 吸附平衡实验203.2.1 吸附平衡实验内容203.2.2 平衡吸附等温线的测定原理20表1 吸附等温线数据表203.2.3 吸附平衡实验步骤243.2.4 吸附平衡实验结论243.2.5 最小二乘法线性回归模型243.2.6 PH值对吸附平衡的影响实验内容273.2.7 PH值对吸附平衡的影响实验步骤273.2.8 PH值对吸附平衡的影响结论283.3 活性炭纤维吸附氯苯酚速率的研究283.3.1 实验基本原理283.3.2 吸附速率的实验内容283.3.3 吸附速率的实验步骤283.3.4 吸附速率实验数据处理293.3.5 吸附速率曲线实验结论293.4 活性炭纤维固定床突破曲线的研究293.4.1 固定床吸附简介293.4.2 突破曲线实验内容303.4.3 突破曲线实验方法303.4.4活性炭纤维床层的填充303.4.5 活性炭纤维固定床突破曲线的实验步骤313.4.6 活性炭纤维固定床吸附突破曲线结论313.5 活性炭纤维再生的研究323.5.1 活性炭纤维再生的概述323.5.2 活性炭纤维再生原理323.5.3 活性炭纤维再生的实验323.5.4 活性炭纤维固定床再生效率的计算333.5.5 实验结论33第四章 结论35参考文献36致谢37前 言水是保贵的自然资源,是人类赖以生存的必要条件,在人类生产和生活中,从自然界取用了水资源,经生产和生活活动后,又向自然界排出了受污染的水,酚类废水便是其中之一.本实验要治理的对氯苯酚（Pchlorophenol），也叫作对氯酚，化学相对分子量为128.56，白色针状晶体，工业品带黄色或粉红色。相对密度为（40/4）1.26，沸点为217，熔点为42-43，闪点为121，微溶于水。在水中溶解度为（20）27.1g/l。对氯苯酚的毒性剧烈，它对于人类和生物组织的危害巨大，皮肤沾染或渗透后、被生物吞咽后，都显示其有较高的毒性，同时，此种物质也对自然届造成较大危害，溶在水中可以严重污染水质。所以如果不能能够生理安全有效地处理掉水中的对氯苯酚，将不可避免地对人们及其他生物构成极大危害。若要实现此种方法的工作生产，就要从环境和经济效益两个角度考虑，资源回收与废水处理达标排放是水处理过程中需要探查的两个方面问题。本文中阐述的活性碳纤维做为吸附剂进行操作是一种操作简便的方法，同时可有效回收利用废水中有用资源，这种物理化学方法适用于高低浓度的废水，本实验采用吸附法脱除废水中的氯苯酚，用活性炭纤维作为吸附剂。从环境和经济效益两个角度出发，水处理技术应考虑兼顾资源回收与废水处理达标排放两个方面的问题。吸附是一种操作简便、可实现废水中有用资源回收利用、对高低浓度废水均适用的物理化学方法，本实验采用吸附法脱除废水中的氯苯酚，用活性炭纤维作为吸附剂。活性炭纤维与颗粒状活性炭相比的显著特点是其具有较大的比表面积、发达的孔隙、而且有较窄的孔径分布、吸附速度快、吸附能力大和容易再生等特点，它的纤维外型以及独特的特性能可以作为纱、线、布和毡的原料等，这就在生产流程设备的简化和具体的工业使用带来很大的简便性。在空气净化和废水处理、制作化学防毒服和防毒面具、吸附放射形物质及微生物、回收微量贵重金属等领域，活性炭纤维也同样得到了广泛的应用。本文拟对活性炭纤维用于等温吸附平衡进行研究求算模型参数以及PH值对活性炭纤维吸附氯苯酚影响的研究，并且对活性炭纤维固定床等温吸附突破曲线和活性炭纤维的填充床的再生做了较详细的研究。通过此实验为现实工业中该类废水的处理方法提供了理论依据。目前，保护环境已经成为人类的共识，处理含酚废水已经迫在眉睫，此方法为改进处理含酚废水技术提供根据。相信会在实际工业生产中有实际价值。第一章.文献综述1.1 酚类化合物危害概述酚类化合物是易分解的有机毒物：（1）它的生物毒性：酚是一种高毒的污染物，低浓度的酚可使蛋白质变性，高浓度的酚可使蛋白质沉淀，酚对各种细胞有直接的损害作用，对皮肤和黏膜有强烈的腐蚀作用，酚的嗅觉阈值为25mg/l,酚的许多衍生物有很低的嗅觉阈值,如氯酚为0.001-0.0005mg/l；甲酚为0.0025mg/l。所以被酚污染的鱼类等食品最容易被人们察觉和厌弃。长期引用被酚污染的水源可引起头晕、出疹、瘙痒、贫血及各种神经系统疾病。（2）酚的来源及污染：与氰化物相似，酚在自然条见下也普遍存在。估计有两千多种，但其含量低，主要来自粪便和含氮有机物在分解过程中的产物，高浓度的酚只可能来自人类的生产活动。以工业上的“三废”形式进入环境。由于生产的原料、工艺、管理放法的不同，酚污染源排放酚的种类、数量和浓度也各不相同。大量高浓度的含酚污水，主要来自焦化厂、煤气站、绝缘材料厂、化工厂、炼油厂、树脂厂、玻璃纤维厂、制药厂等。其浓度在18*mg/l之间变化。废水的含酚量极其特性，随工业种类不同而不同。就是同一工业也可能有所差异。焦化废水成分复杂。含有酚、氯酚、苯氧基酸且化学需氧量高，废水中含挥发酚16003200mg/L，不挥发酚300500mg/L，煤气发送站废水，当采用烟煤 为汽化燃料时，水质十分不好，SS含量高，含挥发酚10003200mg/L,这种废水排入江河,对生物农作物均有危害.如果饮用水源含酚,对人体健康十分不利.因此,消除酚害是治理三废的一个重点.1.2 含酚废水的处理方法含酚废水由于来源不同，处理时常分为三类，以便有针对性的选择处理方法，也就是按酚的浓度高低，分为高浓度、中等浓度和低浓度含酚废水。1.2.1 高浓度含酚废水的处理方法高浓度含酚废水常用溶剂萃取法和蒸汽吹脱法。但应用这些回收产品的方法，选用时要同时考虑酚钠盐的销路。否则将导致回收产品销路不畅而停产。一、溶剂萃取法多年来，国内外对含酚废水的处理与回收进行了大量的研究工作，提出并且实施了多种治理方法。其中，溶剂萃取是常用的废液脱酚方法。萃取法适用于从高浓度废水中（c1000mg/L）回收酚类物质。不仅可回收挥发酚，也可回收不挥发酚。萃取脱酚常用的萃取剂是苯、重苯、重溶剂油、取代乙酰胺、醋酸乙脂、异丙醚、苯乙酮、磷酸三甲酚等。其中萃取剂具有效率高、损耗低、无毒、水溶性小、长期运转不易老化等特点。它可使含分量（mg/L）为几千的工业废水降至几百或几十。因此，国内目前一般采用萃取加生化或萃取加吸附等多级回收治理方法。使高浓度含酚废水降至允许的排放标准。萃取时废水中酚与形成分子间氢键缔合物，所形成分子间氢键缔合物被萃入有机相后，用一定浓度的氢氧化钠溶液进行反萃取，有机相中酚与氢氧化钠溶液形成溶于水相而不溶于有机相的酚钠。依据可逆络合反应萃取分离极性有机物稀溶液的基本原理。通过工艺研究。采用高效QH型络合萃取脱酚溶剂，以见用络合萃取法处理工业含酚废水工艺的报道，利用混合型络合萃取剂。通过2-3级错流萃取（油水比为1：1），可是废水中残留酚类浓度低于0.5mg/L，可以达到国家规定的排放标准。此法效率极高，可回收98%99%的酚。二、蒸汽吹脱法根据挥发性酚类可以和水蒸气一起蒸出，可以采用蒸汽吹脱法回收挥发性酚类，挥发酚多指沸点在230以下的酚类。通常指一元酚，这种方法不适用于不挥发酚类的回收。回收挥发性酚类时，要将废水PH值调节到4左右，以使废水中的酚盐转化为酚，并加药剂（如硫酸铜）沉淀硫化物。不让硫化氢混入挥发酚，回收设备用水蒸气蒸馏装置。这种方法回收的挥发性酚类要进一步分离水分后，才能资源化。常以碱法浓缩结晶得到酚钠，作为化工产品使用。理论上讲，此法可定量的分离出挥发性酚类，但工程实施时，只需达到排放标准就可以了。由于蒸汽吹脱法耗能大，一般只适用于高浓度含酚废水的处理，如废水中挥发性酚类组成复杂，回收得到的酚钠就难以资源化。1.2.2 中等浓度含酚废水的处理方法中等浓度含酚废水，从经济观点来看这种浓度的酚已经没有必要进行回收。含酚5500mg/L的废水均属于中等浓度含酚废水。在次类含酚废水不杂其他毒性物质时（或以预先除去）的情况下，广泛采用生物法进行处理，生物法包括：氧化塘、氧化沟、滴滤池、生物膜法及活性污泥法。一、活性污泥法该法是以活性污泥为主体的废水处理方法。该法是废水生物处理中使用最广泛的一种方法.它于1914年在英国曼彻斯特建成实验场以来已有八十多年的历史了.随着生产和应用的不断改进,特别是近四十多年,在对其生物反应和净化机理进行广泛深入研究的基础上,该法得到了很大发展.现以成为有机性污水处理的主要方法.活性污泥法净化废水包括两个过程:有微生物的代谢反应和活性污泥的物理化学作用.二、生物膜法该法是一种利用生物膜进行人工生化处理的方法，经处理后污水可以排放或污水灌溉。常使用有塔式生物滤地、生物转盘及氧化塘等。以及活性污泥及生物膜之间的生物接触氧化法等。用于治理生化法等工艺.采用氯化加石灰的方法酚的祛除率可几乎近100%，氯化时只需加入高浓度的氯以便把酚除尽。氯化时必须在PH7的情况下进行。否则会产生有毒的氯酚。用此法处理含酚5mg/L的再生焦场废水，可得可残留酚的排水，另外，臭氧和二氧化氯用作除酚氧化剂，效果也很好。其他用于去除中等浓度含酚废水的方法也有被采用，其中活性炭吸附法，可于生物法相竞争。它具有不受负荷波动影响而效果始终一致的优点。1.2.3 低浓度含酚废水的处理方法低浓度含酚废水一般也采用生物化学法，在有条件时，也可将废水与生活污水合并处理，以取得培养生物的养料。生化处理法有活性污泥法、生物膜法和生物塘之类。在一般情况下，活性污泥法比生物膜法处理效率高（脱酚率达98%）。生物处理通常能将酚类浓度降到0.51.0mg/L，其他方法也可将酚浓度脱至1.0mg/L以下。对于这类含酚废水的处理，一般都以化学法或物化 法来代替生物法。活性炭吸附法作为第三类处理工艺，对痕量酚的脱除早被充分肯定，据报道，100Kg活性炭可能脱除0.525Kg的酚类。此法在PH值较低下，对酚类的脱除最为有效。因为酚类是有机弱酸。1.3 活性炭纤维简介活性炭属类石墨物质，是微晶炭的变型，晶体表面上的炭原子与体相炭原子处于不同电子能级状态，活性炭与各种物质相互间有化学物理吸附作用。作为重要的吸附剂在化工，环境保护等许多方面得到广泛应用。诸如，工业上用于捕集有机溶剂、脱除气体、排除毒性物、溶液脱色、污水及循环水的净化当生产领域。在环境保护技术领域活性炭吸附法占重要领域。其中，活性炭在饮用水制备及天然水净化过程中的需求日益增长，随着工业发展及城市人口增加、淡水仅缺、水资源开发利用和节水工程迫在眉睫。碳是一种拥有悠久历史的久远材料，而对炭纤维的使用，也同样可追溯到爱迪生发明电灯丝的时代。但活性炭纤维作为一种新型碳材料，研制于本世纪60年代。基于对高性能炭纤维研究，具有独特化学结构、物理结构、吸附性能优异的新型纤维状活性炭材料研制成功于20世界60年初成功研制。相比于传统活性炭材料，活性炭纤维优异的结构性能远超于原来的碳纤维，主要表现在较高的含碳量、较大的比表面积和丰富的微孔，有表面官能团数量巨大。这种物理构成上的特点就能够对各种有机和无机气体、水溶液中的有机物、贵重金属离子等有较大的吸附量和吸附速度、容易重新生成。粘胶基，聚丙烯睛基，沥青基，酚醛基等四种是目前工业领域主要用作活性炭纤维前驱体的有机纤维。每种原料纤维都有各自不同的炭化和活化特性，所以用相应材料制成的活性炭纤维表现出的的特点就有所不同。不同原料生产的活性炭纤维的主要优缺点如表直至今日，在国民经济和人民生活方面（特别在防治环境污染、保护人民生命和健康方面）中，活性炭纤维越发显示出他的重要作用，在溶剂的成功回收、净化废水废气、毒气毒液、放射形物质及微生物等的吸附方面得到了广泛和，生物酶固定，贵金属回收以及制造新型电容电池等方面同样可以看到活性炭纤维的突出作用。表1不同原料生产ACF的主要优缺点种类主要优缺点钻胶墓原料低廉，但收率低.，强度低，生产工艺较复杂PAN基结构中含氮，对硫氮系化合物有催化作用，具有高吸附性能强度高，工艺简单、成熟酚醛基摊料价廉，收率较高，工艺简单不需要进行预处理沥青基原料价廉，收率高，杂质多不易制得连续长丝，深加工困难草强度低1.3.1 活性炭纤维的组成和性能一、活性炭纤维结构特点活性炭纤维主要由炭原子组成 ，类似于石墨微晶片层的乱层堆叠样式存在是炭原子主要的组织形式。微晶片层有较小的平均微晶尺寸；从三维空间的角度看，有序性较差。除了炭原子外，活性炭纤维还含有少量氢和氧等元素。发达的表面积、数量众多的微孔及分布狭窄的孔径是活性炭纤维的另一个显著特点。活性炭纤维的表面积高达10003000/g，微孔体积占总孔体积的90%左右。大部分的微孔的孔径在10A左右，所以不存在大孔和过微小的过滤孔。从实验中可以看到，若使活性炭纤维比表面积明显增大，可令它的活性温度上升、增加活化剂浓度、时间延长。二、活性炭纤维优异的吸附特性1. 吸附容量大活性炭纤维对有些蒸汽有较大的吸附量，像正丁基硫醇等此类具有恶臭气味的物质，其吸附量与颗粒状活性炭相比大几倍甚至几十倍不等；对水溶液中含有的无机物、各种染料、有机物（如酚类物质）及重金属离子有较高的吸附量，吸附量均比颗粒状活性炭高；对微生物及细菌也有优良的吸附能力；对大肠杆菌的吸附率达94%99%。2. 当吸附质浓度低时效果尤佳活性炭纤维对低浓度的吸附质时吸附能力极其优良，即使对ppm级吸附质依然可以保持很高的吸附量，而当颗粒状活性炭等吸附剂材料在极低浓度时吸附能力会显著降低。3. 较快的吸附速率针对于气体的吸附情况下，通常可以在数十秒或数分钟内实现吸附平衡；对于液体的吸附，也仅在几分至几十分钟内就可以达平衡。如活性炭纤维对溴的吸附只需几十秒就可以达平衡。相比之下，颗粒状活性炭则需104105秒，两者相差到2至3个数量级。1.4 活性炭纤维在生活中的应用对活性炭纤维的应用涉及方方面面，在有机溶剂的回收装置、污水的净化处理，有害有毒气体的净化以及处理中，电子电器材料的制作使用中都可以得到有效利用。1.4.1 水处理方面的应用在工业用废水处理过中，活性炭纤维发挥了主要作用，去除气体及恶臭物质，在各种水溶液中的无机物和有机物，以及贵重金属离子，微生物及细菌，诸如此类的低浓度吸附的回收应用。同时利用吸附容量大、吸附速率快、服附速率快、灰分含量小、处理量较大、而且使用时间长的优点对净水进行处理。一、有机废水的处理 活性炭纤维也可以用于各种有机废水的净化处理，可对含有氯的废水、制药厂产生的废水、含有苯酚的废水、各种有机染料废水、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胶和异丁醇废水进行处理，其吸附能力远高于粉末活性炭的吸附能力。在高平衡浓度时，活性炭纤维的吸附能随着温度的升高而提高，每克活性炭纤维的吸附量与粉末活性炭比率为3：1。二、对无机废水的处理活性炭纤维在与金属离子反应时，表现出较好的吸附性能，可对含在水中的银、铂、汞、铁等多种离子较好吸附，并能将其还原。在大部分情况下，活性炭纤维对这些金属离子的吸附可以在氧化还原反应条件下大大提高。三、净化饮用水方面 随着城市人口的迅速增多，饮用水的供应出现明显不足，所以对废水的处理变得尤为重要。活性炭曾在国内用于净化三卤甲烷废水，尽管如此，它的有效去除率仅为40。在对地下水的检测结果中可以看出，已经含有很多种氯化物，这些溶解在水中的氯化物对人体有较强的致癌危害。活性炭纤维可以处理此种自来水中的含氯物质，当水中的三氯乙烯的浓度为10-3Kg/m3时，用活性炭纤维进行去除处理，活性炭纤维的吸附量与粒状活性炭的比率为4：1，而实际处理中过程中的空速可达到100 ，要比活性炭纤维大一个数量级。目前活性炭纤维在生活中得到了广泛应用，例如净水器，特别是载银活性炭纤维具备吸附和灭菌的双重能效。在对大肠杆菌进行吸附过程中，其吸附量会随含银量增加、比表面增大而增大。此种方法同样可以对于水中的其它微生物的吸附，效果同样非常明显。 四、溶剂回收方面利用活性炭纤维的吸附量大的特点，它也同样可以用于活性有机溶剂的回收再利用，主要表现的特点是脱附速率快，脱附温度不高。在回收吸附过程中，活性炭纤维能在低浓度的废气中回收有机溶剂，同时把依然有反应活性的有机溶剂进行吸附，相对而言，粒状活性炭在对有机溶剂进行吸附时不能完成有效地回收。在此项吸附中，利用金属杂质较粒状活性炭纤维而言要少很多，才能达到有效回收有机溶剂的目的，同时也尽量避免吸附过程中伴随发生的催化聚合作用，而热分解反应和催化聚合等化学反应在脱附过程中不会发生，在全部过程中，活性炭纤维的脱附速度快，反应效果好而彻底、耗时短、耗能小。所以根据此种特性，在溶剂的吸 收装置以及军用 化学 防 护服等领域，为了对成本有达到有效，活性炭纤维也 可用于二级吸附材料。1.4.2 电子器材和产品方面的应用在电子工业中，活性炭纤维也得到了广泛应用，尤其突显在高新技术上领域，它可生产各种高效节能的小型电容器，电池产品的部件，这些都是利用活性炭纤维比表面较大，孔径狭窄以及适中和导电性能才能完成的。在类似集成电路和超大规模的集成电路这种双层电容器中，活性炭纤维制造成的电容器其容量是普通的铝电解电容器的一百万倍，所以更适合用于小型存贮用的永久性电源，高效地避免了停电等事故中计算机的意外损害，减少不必要的经济损失。此外，活性炭纤维在大电流放电地多层电子表容器中也作用明显、在电子和能源方面可用于制造高性能的电容、电池的电极等。1.4.3 活性炭纤维发展前景日本是开发活性炭纤维最早的国家，对于有机物炭化技术的实际应用早在20世纪70年代就已经深入开展，由于它从多方面符合人类对于自然环境的要求，所以各国研究人员对此类物质进行了密切关注。发展至今，此类项目已成为世界各国开发的焦点项目之一，而且已经进人工业化的生产时期，产能总量高达千吨。国内的情况，早从上世纪八十年代开始投人力物力进行大量研究，发展至90年代末期初见成效，国内的产能已达到百吨，真正进人工业化生产阶段。虽然如此，我国对活性炭纤维的探索应用还远未见蓝图，生产和开发还都处在初始阶段，可以进一步开发在水处理、空气净化、化学物质的吸附应用方面领域的潜力，在社会环境不断进步的当下，各项保护性法规逐步完善和确立，这也标志着绿色化学时代的真正到来，而活性炭纤维也必将在新的社会环境下发挥更加突出的作用、呈现光明的发展前景。1.5扩散机理与扩散方程一般情况下,我们将吸附质在吸附剂内的扩散分为表面扩散和孔扩散。表面扩散是二维扩散，是细孔壁表面上吸附质的浓度梯度作为推动力的，扩散速度方程为： （2.1）孔扩散是吸附质通过细孔内溶质进行扩散而移动的现象，其推动力是孔内溶液浓度梯度。根据费克定理对应的扩散速度方程为： （2.2）1.5.1吸附平衡原理一、吸附机理因为处于固体表面的分子或原子受力不均衡的原因，而产生有剩余的表面能。吸附就是发生在某些物质在碰撞固体表面过程中，因为受到某种不平衡力的吸引作用从而停留在固体表面上。这里的固体就视为吸附剂，而在碰撞中被固体吸附的物质则视为吸附质。通过这个吸附的过程，结果是吸附质在吸附剂上产生凝聚，相应的吸附剂的表面能随之降低。化学键力和静电力是存在于吸附剂与吸附质之间的作用力，不同于分子之间的引力，吸附又可以按照固体表面吸附力的差异，具体细分为物理吸附、化学吸附、离子交换吸附等三种吸附类型。1、物理吸附物理吸附就是吸附剂与吸附质之间相互通过分子间力而产生的吸附，又由于分子间力是一种普遍存在的力，它存在于各种吸附质与吸附剂之间，所以说物理吸附是一种非常常见的吸附现象。因为在此吸附过程中，物理吸附的吸附速度与解吸速度都较快发生，所以不具备选择性，这种反应也较容易达到吸附平衡状态。所以通常低温的情况下，主要发生的吸附是物理吸附变化。2、化学吸附化学吸附是指吸附剂和吸附质之间因为化学键力作用而引起的吸附平衡。由于化学键的分子特征，在吸附过程中，显示出其具有一定的选择性，所以不易发生吸附与解吸，达到平衡满。因为化学吸附在反应中产生很多的热量，原理与化学反应相似，温度越高，化学吸附速度越快，所以在高温下适合进行化学吸附。 二、吸附平衡解吸和附吸是相互可逆的过程，在废水和吸附剂充分溶解在一起时，吸附和解吸同时进行，吸附质被吸附剂吸附，相对而言，一部分吸附到吸附剂上的吸附质因为热运动的结果，有能力脱离吸附剂的表面，重新回到液相中去，前者就称为吸附过程，后者就称为解吸过程。而吸附平衡则是指吸附速度等于解吸速度时，可理解为单位时间内吸附的数量和脱吸的数量相等时，则液相中的吸附质的浓度和在吸附剂表面上的浓度都持续不变时，就达到了吸附平衡。此时，在液相中吸附质的浓度就为平衡浓度。固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量，吸附量的测定方法如下：在一定体积V（L），和一定浓度（mg/L）的废水中，投加一定量的吸附剂m(mg)，经搅拌混合，知废水浓度（mg/L），不再改变，即达吸附平衡。然后按下式计算，q式中 x吸附剂吸附的溶质总量；一、吸附等温平衡曲线类型1.优惠吸附等温线 这种曲线斜率的增长趋势，随被吸附组分的浓度的增加而减少，即0，吸附质分子和固体吸附剂分子之间的亲和力随溶液组分平衡浓度的增大而降低。当t=0时，床层进口随着输入原料先形成直线的浓度波，随着继续进料，浓度波向前移动从优惠吸附等温线的上一段可以看出，组分浓度增加，吸附剂的吸附量相映减少故高浓度的另一端移动要快。随着时间的增加，传质区变的越来越窄小，床层的有效利用率增加。2.线性吸附等温线 这种曲线的斜率为定值，不因吸附质浓度的增加而变化为通过坐标轴原点的一条直线。3.非优惠吸附等温线 这种曲线斜率的增长趋势，随吸附组分浓度的加大而增加，即0。当吸附床层开始进料时，在床层入口处形成直线的浓度波。当浓度波向前移动时，可以看出，吸附组分浓度增加，吸附剂的吸附量迅速加大，浓度波中浓度较高的一端比浓度低的一端移动慢。随着时间的推延以及传质阻力的影响，传质区不断变宽，浓度波前沿不断延伸，这对吸附操作不利。值得注意的是吸附时为优惠的吸附等温线，脱附时则为非优惠的吸附等温线故在选择吸附剂时，要同时兼顾吸附和脱附过程。常见的吸附等温线如图（2-1），(mg/g)优惠形 c(mg/L) 沿床层高(mg/g) 线性吸附c(mg/L) 沿床层高(mg/g) 非优惠形c(mg/L) 沿床层高图（2-1） 吸附平衡曲线形式图1.5.2 吸附等温线的经典模型一一、Henrry模型在物理吸附过程中吸附质与吸附剂不发生化学反应。吸附速度较快，Henry模型是一种线性关系： （2.3）二二、Frundlish模型此模型对吸附质浓度限制较高，被吸附相和吸附相之间的平衡关系符合下列方程： （2.4）三三、Langmuir模型此模型是最为常用的一种模型，它的基本假设为：1.吸附剂表面各处的吸附能力是一致的；2.活化中心只能吸附一个活化分子；3.吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关；4.被吸附分子间相互不影响，也不影响空位对流体相分子的吸附。 其吸附方程为： （2.5）1.6 固定床吸附器1.6.1 固定床吸附器的基本原理因为固定床吸附器中的固相吸附剂是固定不动的，但是吸附过程是一个非常复杂的非稳态传质过程。在整体的操作过程中，可以改变操作状态，对床层内吸附质的浓度分布和床层内各处液体的浓度进行改变。通过相应的床层中的浓度分布形成不同区域，可将发生在固定床吸附器中的吸附传质过程大致可分为三个不同的时期， 1.在固定床的顶部形成传质区的时期，见图（2-2-a）：假设流体的吸附质浓度为Y0，当吸附剂从高度为H的固定床顶端不断流下时，开始吸附剂中并不含有吸附质。而在流入吸附质时，处于床层最顶端的吸附剂可以较快的吸附吸附质。同时，因为接触的瞬间较短，而吸附速度不可能无穷大，不可能在短时间内达到吸附平衡，所以就会在固定床的顶端入口处，出现吸附质浓度由大变化到峰值，再于峰值变化到零的吸附区。由于流动的特性，在顶端区域内吸附质浓度会有规律的分布，假设阴险器高度理想状态高度， 吸附质将全部在反应器内反应完毕，全部吸附。在流体连续不断的流入吸附器之前，入口处的吸附剂未达到饱和状态；当流体的不断地加入吸附器时，其内任意一处的吸附质的浓度将随着时间累计而不断变大，同时该区的高度也随之增加，变化状态将一直持续到固定床中流体入口处的吸附剂达到饱和状态为止。在此状态下，由入口处向下的吸附质浓度的区别分布是从由饱和至零的区域，这段区域即称为吸附传质区（简称为MTZ）。从流体开始加入时起，直至达到此状态的全部耗间，即为传质区形成时间，传质区高度HMTZ是指床层中传质区的高度。从此时开始，因为流体的不断注入，尽管吸附传质区将不断下移，但是传质区整体高度基本不变。在传质区逐渐形成的过程中，保证床层达到理想高度，可将吸附器划分为两个区域：传质区、未用区，吸附传质过程只反应存在于传质区域内。2 .固定床的传质区的移动阶段,见图（2-2-b）：在传质区逐步产生以后，因为要继续加入新的流体，所以传质区会不断向下移动，在其后便形成饱和区，而且随着流体的注入不断变大。所以，只要床层能够达到理想高度，就可将整个固定床吸附器自上而下分为三个不同的区域：最上为饱和区，中间为吸附传质区，最下为未用区。在固定床吸附器中，有两个区域不会发生吸附传质过程：其中饱和区内的吸附剂已经饱和，以及未用区内的吸附剂中还不曾吸附吸附质，所以各自浓度为原始浓度，吸附传质过程只有发生于吸附传质区域内。根据吸附器中的吸附情况，可以绘制吸附负荷曲线，它在传质区内吸附剂产生了随高度不断变化的吸附质浓度分布，吸附区类似波曲线，因为流体的加入而不断向下推动，所以又可以称为吸附波。当形成吸附波之后，吸附波的波形（浓度分布）就不会因为流体的继续注入而改变，同时按照恒定不变的速度（定义为传质区的移动速度）向前移动。该移动速度比流体流过床层的线速度小的多。在传质区移动期间，经过测定流出液当中含有的吸附质浓度近似为零，直至传质区的底部到达床层的末端。此时流出液中，吸附质的浓度将突然上升到一个可观的数值，吸附操作达到了所谓的“穿透点”。3.传质区开始离开固定床直至完全离开时期见图（2-2-c）：流出物中吸附质浓度由Yb至Y0的时期是传质区开始离开至完全离开吸附器的时期。相应的时间为至流出量为至。Y随W（或时间）的变化关系呈S形曲线，称为穿透曲线，可以通过实验确定。当传质区离开固定床后；见图（2-2