[水处理工程吸附7.ppt

第七章 吸附 吸附的基本理论 吸附剂及其再生 吸附工艺与设计 吸附法的应用 固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。这里的固体称吸附剂。被固体吸附的物质称吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集，吸附剂的表面能降低。 在水处理领域，吸附法主要用以脱除水中的微量污染物，应用范围包括脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素等。在处理流程中，吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体物及余氯等，也可以作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。 第一节吸附的基本理论 一、吸附的机理和分类 1.原理： 一种物质自动地向另外一种物质表面转移，最后吸附在另一种物质表面的过程，叫吸附；涉及到相界面的一种反应过程； 吸附发生在：气液界面、气固界面、液固界面（主要针对这一方面，将固体物质叫吸附剂，液体叫吸附质） 吸附发生的原因：表面分子受到净的向内的拉力而具有较高的能量，它力图吸引其它物质分子使之富集于表面上以降低物系的能量； 溶质的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力 静电吸引力，范德华力或化学键力 2.分类 按作用力分三类 物理吸附：基于分子引力，分子间作用力，吸附热小 特征：吸附时表面能降低，所以是放热反应；吸附比较没有选择性；不发生化学反应，不需要活化能，低温就能进行；吸附质在吸附剂表面自由转移，易解吸。 化学吸附：化学键力作用，产生化学反应，如石灰吸附CO2，产生单分子层吸附，吸附一般不可逆 离子交换吸附：溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带 电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子。 实际水处理中，上述三种可能并存，但可能一种占主导 二、吸附平衡及吸附等温式 1.吸附平衡 吸附速度＝解析速度→动态平衡 吸附能力qe—单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。 计算 常用吸附等温线有三种类型： 在温度一定的条件下，如V、C0一定，改变投炭量，则发现水中剩余的溶质浓度C及q也随之改变-说明吸附量与剩余浓度不是线性关系 2.吸附等温式—计算及应用 ①Langmuir等温式 假设条件： 吸附剂表面均一，各处的吸附能相同； 吸附是单分子层，吸附剂表面饱和时，吸附量最大； 表面上没有吸附质转移运动； 平衡时吸附速度＝脱附速度 平衡吸附量qe与液相平衡浓度ce的关系为： 计算过程： ②BET等温式 多分子吸附 CS—吸附质的饱和浓度；B-常数，与吸附剂和吸附质之间的相互作用能有关。 线性形式 实验数据作图，求常数a和B。 ③Freundlich等温式 经验公式：qe=Kce1/n 取对数： 实验数据作图，出斜率1/n，截距等于lgK； 1/n介于0.1～0.5,易于吸附； 1/n2难以吸附。 实际应用时用哪一个等温式？ ④多组分体系的吸附等温式 用COD或TOC综合表示溶解于废水中的有机物浓度，其吸附等温式可用单组分吸附等温式表示，但吸附等温式可能成曲线或折线。 假定吸附表面均一，混合溶液中的各种溶质在吸附位置上发生竞争吸附，被吸附的分子之间的相互作用可忽略不计，用Langmuir竞争吸附模式来计算； 三、影响吸附的因素 吸附剂本身、吸附质本身、环境条件 （一）吸附剂的结构 1.比表面积—比表面积越大越好，对大分子可能不利 2.孔结构—细孔的分布—大、中（过渡）、微孔；大孔通道，中孔吸附大分子，观察用于水处理并被饱和的活性炭细孔分布与新鲜活性炭对比，微孔大量减少，此部分吸附起支配作用。 3.表面化学性质—表面氧化物—酸、碱两类 低温活化(500)的碳可以生成表面酸性氧化物，水解后可以放出H+，吸附碱金属氢氧化物 高温活化（800-1000）的碳生成表面碱性氧化物，水解后可放出OH-基团，吸附酸性物。 (二)吸附质的性质 溶解度—活性炭是疏水性物质，低—吸附增加 极性—非极性和极性小的好 分子量—不应太大，1000 溶质浓度-一般是浓度增加吸附量呈指数增加，也有例外 (三)操作条件 温度—吸附放热，低温有利 pH-对吸附率有影响 接触时间—足够的接触时间，0.5～1.0h 四、吸附动力学 1．水膜内的物质迁移速度 由Fick定律，水膜内的传质速度NA由下式结出： (7-12) 式中 D——溶质在水膜中的扩散系数，m2/L； δ——水膜厚度，m； kf——水膜传质系数，m/L； c——水中溶质的浓度，kg/m3；