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活性炭吸附性质及影响吸附因素

发布时间:2017-02-28 09:27

1、活性炭的吸附性
吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶,在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分:微孔小于1.0nm、中孔 1~25nm、大孔大于25nm。活性炭微孔的孔隙容积一般只有0. 25~0. 9Ml/g,孔隙数量约为 1020 个/g, 全部微孔比表面积约为500~1500㎡/g , 也有称高达3500 ~5000㎡/g的。这些孔隙特别是微孔提供了巨大的表面积。
活性炭几乎95% 以上的表面积都在微孔中,因此微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容积一般约为0. 02~1.0mL/g, 比表面积最高可达几百平米,能为吸附物提供进入微孔的通道,又能直接吸附较大的分子。大孔的孔隙容积一般约为0. 2 -0.5mL/ g , 比表面积约0.5 ~2㎡/g, 其作用一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去;二是作为催化剂载体,作为催化剂载体时,催化剂只有少量沉淀在微孔内,大都沉淀在大孔和中孔之中。

2、影响活性炭吸附的主要因素
由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂,因此影响因素也较多,主要有活性炭的性质、水中污染物的性质、活性炭处理的过程原理以及选择的运转参数与操作条 件等有关。

1)活性炭的性质
用于水处理的活性炭应有三项要求:吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量除其他外界条件外,主要与活性炭比表面积有关,比表面积大,微孔数量多,可吸 附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关,水处理用的活性炭,要 求过渡孔(半径2. 0~100nm )较为发达,有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水头损失要增大,一般在8~30目范围较宜。活性炭的机械耐磨强度,直接影响活性炭的使用寿命。

2)吸附质(溶质或污染物)性质同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。
a.溶解度
对同一族物质的溶解度随链的加长而降低,而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的 增大而增加。溶解度越小,越易吸附,如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。
b.分子大小与化学结构
吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影 响,吸附质(溶质)分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中, 分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族 的有机物易于吸附。
c.极性
活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。
d.吸附质浓度
吸附质的浓度在一定范围时,随着浓度增高,吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化,活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。

3)溶液pH
溶液pH值对吸附的影响,要与活性炭和吸附质(溶质)的影响综合考虑。溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH值达到某个范围时,这些化合物就要离解,影响对这些化合物的吸附。溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度,以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。由于活性炭能吸附水中氢、氧离子,因此影响对其他离子的吸附。活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值的增加而降低,pH值高于9. 0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,应通过试验确定最佳pH值范围。

4)溶液温度
因为液相吸附时,吸附热较小,所以溶液温度的影响较小。吸附是放热反应。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。另一方面,温度对物质的溶解度有影响,因此对吸附也有影响。用活性炭处理污水时,温度对吸附的影响不显著。

5)多组分吸附质共存
应用吸附法处理水时,通常水中不是单一的污染物质,而是多组分污染物的混合物。在吸附时,它们之间可以共吸附,互相促进或互相干扰。一般情况下,多组分吸附时分别的吸 附容量比单组分吸附时低。

6)吸附操作条件
因为活性炭液相吸附时,外扩散(液膜扩散)速度对吸附有影响,所以吸附装管的型式、
接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。

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