水质工程学第十章 吸附幻灯片.ppt
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1、水质工程学第十章 吸附第1页,共49页,编辑于2022年,星期日10.1吸附的类型吸附的类型 10.1.1吸附吸附 在相界面上,物质的浓度自动发生累积在相界面上,物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。或浓集的现象。固固液界面上的吸附:液界面上的吸附:吸附剂:具有吸附能力的多孔性固吸附剂:具有吸附能力的多孔性固体物质。体物质。吸附质:废水中被吸附的物质。吸附质:废水中被吸附的物质。第2页,共49页,编辑于2022年,星期日 10.1.2吸附的分类吸附的分类1.物物理理吸吸附附:靠靠分分子子间间力力产产生生的的吸吸附附,可可吸吸附附多多种种吸吸附附质质,可可形形成成多多分分子子吸吸附附层层。吸吸附附
2、解解吸吸是是可可逆逆过过程程,在在低低温温下下就就能能吸附。吸附。2.化化学学吸吸附附:由由化化学学键键力力引引起起的的吸吸附附,吸吸能能形形成成单单分分子子吸吸附附层层,并并具具有有选选择择性性,同时是不可逆的,在高温下才能吸附。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,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。可能存在以某种吸附为主。第3页,共49页,编辑于2022年,星期日 10.1.3吸附剂吸附剂主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅
3、藻土、焦炭、木炭等。1、活性炭的制造、活性炭的制造高温炭化高温炭化活化活化,800900木材、煤、果壳木材、煤、果壳炭渣炭渣活性炭活性炭隔绝空气,隔绝空气,600活化剂:活化剂:ZnCl2蒸汽高温活化蒸汽高温活化粉末状活性炭粉末状活性炭粒状活性炭(园柱状、球状),粒径粒状活性炭(园柱状、球状),粒径24mm 棒状活性炭:棒状活性炭:50mm,L=255mm 第4页,共49页,编辑于2022年,星期日 2.活性炭的细孔构造和分布活性炭的细孔构造和分布 1.比表面积比表面积 每每g活性炭所具有的表面积。活性炭的活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为:比表面积为:50017005001700m m
4、2 2/g/g,99.9%99.9%的表面的表面积,在多孔结构颗粒的内部。积,在多孔结构颗粒的内部。2.2.细孔构造细孔构造 小孔:小孔:22nmnm,0.150.90mL/g0.150.90mL/g,占比表面占比表面积的积的95%95%以上,起吸附作用,吸附量以小孔以上,起吸附作用,吸附量以小孔吸附为主。吸附为主。第5页,共49页,编辑于2022年,星期日 过渡孔:过渡孔:2 2100100nmnm,0.020.020.10mL/g0.10mL/g,占占比表面积比表面积5%2,则难吸附。则难吸附。1/n较大则采用连续吸较大则采用连续吸附,反之采用间歇吸附。附,反之采用间歇吸附。第11页,共4
5、9页,编辑于2022年,星期日 3.BET公式(多层吸附)公式(多层吸附)(10-6)式中式中:qo单分子吸附层的饱和吸附量单分子吸附层的饱和吸附量,g/gCs吸附质的饱和浓度吸附质的饱和浓度,g/LB常数;常数;C平衡浓度,平衡浓度,g/L第12页,共49页,编辑于2022年,星期日 取倒数:取倒数:(10 (107)7)BETBET公式包括了朗谬尔公式:公式包括了朗谬尔公式:设设 ,且且CCCCs s,则则BETBET公式可写成:公式可写成:令令a=1/ma=1/m,b=qb=qo o 朗谬尔式朗谬尔式 第13页,共49页,编辑于2022年,星期日 BET公式可以适应更广泛的吸附现象。公式
6、可以适应更广泛的吸附现象。吸附量吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要是选择吸附剂和吸附设备的重要参数,参数,q决定吸附剂再生周期的长短,决定吸附剂再生周期的长短,q越大,再生周期越长,再生剂用量及其越大,再生周期越长,再生剂用量及其费用越小。费用越小。q通过吸附试验来确定。通过吸附试验来确定。第14页,共49页,编辑于2022年,星期日 10.2.2吸附速度吸附速度,单位单位:吸附速度吸附速度V决定了废水和吸附剂的接决定了废水和吸附剂的接触时间,触时间,V越大,则接触时间越短,所需越大,则接触时间越短,所需设备容积就越小,反之亦然。设备容积就越小,反之亦然。第15页,共49页,编辑于2022年
7、,星期日 吸附过程一般分为吸附过程一般分为3个阶段:个阶段:1.液膜扩散(颗粒外部扩散)阶段液膜扩散(颗粒外部扩散)阶段2.颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段3.吸吸附附反反应应阶阶段段:吸吸附附质质被被吸吸附附在在细细孔孔内内表面上。表面上。吸附反应速度非常快,吸附反应速度非常快,V主要取决于第主要取决于第I、II阶段速度,而颗粒外部扩散速度(液膜阶段速度,而颗粒外部扩散速度(液膜扩散)扩散)U=f(c、d、搅动搅动)第16页,共49页,编辑于2022年,星期日 溶液浓度溶液浓度C,则则U颗粒直径颗粒直径d,则则U加强搅动,则加强搅动,则U而而颗颗粒粒内内部部扩扩散散速速度度V=f(细细孔孔大
8、大小小与与构造,吸附质的构造,吸附质的d)吸附剂颗粒直径吸附剂颗粒直径d,V。d的大小对内、外部扩散都有很大影响,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,设备炭的吸附速度要快,接触时间短,设备容积小。容积小。第17页,共49页,编辑于2022年,星期日10.2.3吸附的影响因素吸附的影响因素1.吸附剂的性质:吸附剂的种类、颗粒大吸附剂的性质:吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积,颗粒的细孔构造与分布、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。吸附剂是否是极性分子等。2.吸附质的性质:吸附质的性
9、质:(1)溶解度:越低越容易吸附,具有较大)溶解度:越低越容易吸附,具有较大的影响。的影响。(2)使液体表面自由能)使液体表面自由能W降低得越多的吸降低得越多的吸附质则越容易被吸附。附质则越容易被吸附。第18页,共49页,编辑于2022年,星期日(3)极性:)极性:极性吸附剂易吸附极性的吸附质极性吸附剂易吸附极性的吸附质。(物以类聚)(物以类聚)非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。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。)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合成
10、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)吸附质的浓度较低时,提高C可增加吸附量。可增加吸附量。以后以后C,q增加很小,直至为一定值。增加很小,直至为一定值。第19页,共49页,编辑于2022年,星期日 3.废水的废水的PH值值活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。中吸附效果较好。4.共存物质:对于物理吸附,共存多种物共存物质: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。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,温度:对于物理吸附,T高则不利,吸附高则不利,吸附量减少。量减少。6.接触时间:应
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