水质工程学-第十章-吸附优秀PPT.ppt
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1、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或在相界面上,物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。浓集的现象。固固液界面上的吸附:液界面上的吸附:吸附剂:具有吸附实力的多孔性固吸附剂:具有吸附实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。10.1.2吸附的分类吸附的分类1.物理吸附:靠分子间力产生的吸附,可物理吸附:靠分子间力产生的吸附,可吸附多种吸附质,可形成多分子吸附层。吸附多种吸附质,可形成多分子吸附层。吸附吸附解吸是可逆过程,在低温下就能解吸是可逆过程,在低温下就能吸附。吸附。2.化学吸附:由化学键力引起的吸附
2、,吸化学吸附:由化学键力引起的吸附,吸能形成单分子吸附层,并具有选择性,能形成单分子吸附层,并具有选择性,同时是不行逆的,在高温下才能吸附。同时是不行逆的,在高温下才能吸附。上面二种吸附往往是相伴发生,而不能严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,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。10.1.3吸附剂吸附剂主主要要有有活活性性炭炭、磺磺化化煤煤、沸沸石石、硅硅藻藻土土、焦焦炭炭、木炭等木炭等。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,
3、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 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:5001700m5001700m2 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:2nm2nm,0.150.90mL/g0.150.90
4、mL/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。过渡孔:2100nm,0.020.10mL/g,占比表面积2,则则难难吸吸附附。1/n较较大大则则接接受受连连续续吸吸附,反之接受间歇吸附。附,反之接受间歇吸附。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 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
5、 ,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 BET公式可以适应更广泛的吸附现象。公式可以适应更广泛的吸附现象。吸吸附附量量q是是选选择择吸吸附附剂剂和和吸吸附附设设备备的的重重要要参参数数,q确确定定吸吸附附剂剂再再生生周周期期的的长长短短,q越越大大,再再生生周周期期越越长长,再再生生剂剂用用量量及及其其费用越小。费用越小。q通过吸附试验来确定。通过吸附试验来确定。10.2.2吸附速度吸附速度,单位单位:吸附速度吸附速度V确定了废水和吸附剂的接触确定了废水和吸附剂的接触时间,时间,V越大,则接触时间越短,所
6、需设越大,则接触时间越短,所需设备容积就越小,反之亦然。备容积就越小,反之亦然。吸附过程一般分为吸附过程一般分为3 3个阶段:个阶段:1.1.液膜扩散(颗粒外部扩散)阶段液膜扩散(颗粒外部扩散)阶段 2.2.颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段 3.3.吸附反应阶段:吸附质被吸附在细孔内吸附反应阶段:吸附质被吸附在细孔内表面上。表面上。吸附反应速度特别快,吸附反应速度特别快,V V主要取决于第主要取决于第I I、IIII阶段速度,而颗粒外部扩散速度(液阶段速度,而颗粒外部扩散速度(液膜扩散)膜扩散)U=f(cU=f(c、d d、搅动、搅动)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
7、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。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
8、分子等。2.吸附质的性质:吸附质的性质:(1)溶解度:越低越简洁吸附,具有较大)溶解度:越低越简洁吸附,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简洁被吸附。附质则越简洁被吸附。(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(物以类聚)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沸石:
9、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,直至为确定值。增加很小,直至为确定值。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,吸附量削减。量削减。6.接触时间:应保证吸附达到平衡时的时接触时间:应保证吸附达到平衡时
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