13.3吸附、离子交换萃取膜分离.ppt

13.3 吸附 一、吸附过程及分类 吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。 具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。而废水中被吸附的物质称为吸附质。 吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。 原因是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。 根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。 有关概念： （1）吸附平衡与吸附容量 当废水和吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附，另一方面一部分巳被吸附的吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂的表面，又回到液相中去。前者称为吸附过程，后者称为解吸过程。 当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解吸数量时，则吸附质在液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到吸附平衡。 （2）吸附平衡与吸附容量 达到吸附平衡时吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。 吸附容量是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用q表示，单位mg/g 或g/g。 如果用V表示废水体积；C0和C分别表示吸附前后吸附质的浓度；W表示吸附剂的质量，则： （3）吸附速度： 吸附速度是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。 吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质，实际废水处理中，由于废水中的成分复杂，吸附速度由试验来确定。 吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。吸附速度越快，接触时间越短，所需的吸附设备的容积也就越小。 二、 影响吸附的因素 （1）吸附剂性质的影响 a）比表面积 单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。 b）孔结构 吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。 孔径太大，比表面积小，吸附能力差。 孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。 苯酚的吸附量与吸附剂比表面之间的关系 活性炭细孔分布及作用图 c）表面化学性质 吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺的不同而异。 表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，一般说来，有助于极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附。 （2）吸附质的性质 对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。 通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加。 如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。 （3）操作条件 温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附。 pH:溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物)，也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。 接触时间：应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间。 吸附剂的脱附再生，溶液的组成和浓度及其它因素也影响吸附效果。 活性炭吸附镉氰络合物时去除率与PH值的关系 三、吸附剂 工业吸附剂必须满足下列要求: （a）吸附能力强；（b）吸附选择性好； （c）吸附平衡浓度低； （d）容易再生和再利用； （e）机械强度好；（f）化学性质稳定； （g）来源广；（h）价格低。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，应根据不同的场合选用. （1）活性炭 活性炭是一种非极性吸附剂。 是由含炭为主的物质为原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。 外观为暗黑色，有粒状(granular activated carboan, GAC)和粉状(powder activated carboan, PAC)两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。 活性炭主要成分除碳外，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、灰分。 它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。 适用于废水处理的粒状活性炭的主要指标 （2）腐植酸系吸附剂 一般认为腐植酸是一组芳香结构的、性质相似的酸性物质的复合混合物。 它的大分子约由10个分子大小的微结构单元组成，每个结构单元由核(主要由五员环或六员环组成)、联结核的桥键 (如－O－、－CH2－、－NH－等)、以及核上的活性基团所组成。 据测定，腐植酸含有的活性基团有羟基、羧基、羰基、胺基、磺酸基、甲氧基等。 腐值酸吸附剂的分类： 用作吸附剂的腐植酸类物质有两大类： 一类是天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，直接作吸附剂用或经简单处理后作吸附剂用； 另一类是把富含腐植酸的物质用适当的粘结剂制成腐植酸系树脂，造粒成型，以便用于管式或塔