第3章 当代给水与废水处理原理.ppt

* 当代给水与废水处理原理 安徽理工大学地球与环境学院 宋晓梅 教授 §3-1 活性炭的性能 活性炭的来源 活性炭几乎可以用含有碳的任何物质做原料来制造，这包括木材、锯末、煤、泥炭、果壳、果核、蔗渣、骨、石油焦、皮革废物、纸厂废物等等。 第三章 活性炭吸附 碳化的定义 碳化也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热，一般温度在600℃以下。有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。 活化的定义 活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。当氧化过程的温度在800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂；当氧化温度在600℃以下时，一般用空气做氧化剂。 活性炭的制作 活性炭的制作分碳化及活化两步。 第三章 活性炭吸附 ①使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等气体； ②使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。 碳 化 的 作 用 在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。活化使活性炭变成一种良好的多孔结构。 活 化 的 作 用 第三章 活性炭吸附 活性炭的影响因素 ◆与活性炭吸附能力最直接的因素是表面的氧化物复体的性能。最简单的复体可以认为是一氧化碳和二氧化碳的复体。 ◆活性炭表面氧化物的成分主要受活化过程的影响。 ◆酸性氧化物使活性炭具有极性的性质，因之倾向于吸附极性较强的化合物。 ◆活性炭表面的金属离子部位带有正电荷，对那些带有过剩电子部位的分子有吸附力，可以增加活性炭吸附的速率。 第三章 活性炭吸附 活性炭的吸附作用 对芳族化合物的吸附 非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的 吸附。 有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少 活性炭对于吸附无机物也有一定的潜力 活性炭的吸附性能是由于它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布决定的。 第三章 活性炭吸附 §3-2 吸附等温线 吸附 等温 线的 类型 第一种类型的等温线， 没有极限值，但 却有一极限值 ，这种类型的吸附试验资料可用Langmuir公式处理。 第二类型的等温线， 有一个极限值 ，称为饱和浓 度，但x/m却没有极限值。这种类型的等温线可用 Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。 第三类型的等温线， 和 都没有极限值，可用Freundlich公式处理。 第三章 活性炭吸附 常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸附公式，如下图所示。 第三章 活性炭吸附 处理吸附等温线的公式 ★Langmuir公式为： ★BET公式为： ★Freundlich公式为： 第三章 活性炭吸附 §3-3 Langmuir 公式的推导 推导的假定 只考虑在单层内的平衡关系 被吸附的物质只有一层分子厚 被吸附物质的颗粒和水分子一样大 每个被吸附颗粒占面积 第三章 活性炭吸附 Langmuir公式推导的图示 第三章 活性炭吸附 Langmuir公式推导： 在达到平衡时，存在下列关系: 未被吸附的物质颗粒数目+被吸附的水分子数目==被吸附物质颗粒的数目+未被吸附的水分子数目 得到Langmuir公式为： 第三章 活性炭吸附 §3-4 吸附公式的应用 求吸附公式Langmuir中的常数 每个吸附公式都包含了两个常数，这些常数可以通过数学方法处理试验数据得出，最常用的是图解法。用某一种活性炭做吸附试验所得的数据往往只符合一个吸附公式，这可在图解法中很清楚地看出来。 图1中 小于1 ，图2中 大于1。 第三章 活性炭吸附 BET公式的图解法如下： 求Freundlich公式的常数： 第三章 活性炭吸附 §3-5 吸附柱的设计 活性炭吸附柱设计的类型 重力固定床 压力固定床 流化床 第三章 活性炭吸附 ka代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。 活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。 当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但这需要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系数三者间的关系。 容量传质系数 为了更方便的研究，我们将单位容积活性炭所具有的吸附面积a与反应速率k相乘，得到一个组合参数ka，称为容量传质系数，其纲量为: *