第4章-2吸附.ppt

第四章污水的物理化学处理 4.2 吸附 吸附：在相界面上，一种物质的浓度在另一种物质表面自动发生累积或浓集的现象。 吸附法：利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。 吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质，如活性炭，磺化煤，沸石等。 吸附质：水中被吸附的物质。 吸附法在水处理中的应用 在处理领域：主要用于脱除水中的微量污染物，有效捕捉低浓度的物质，进行脱色、除臭、去除重金属、各种溶解性有机物，放射性元素等，并可回收有用物质。 在处理流程方面：作为离子交换法、膜处理法的预处理，以去除有机物、胶体及余氯；也可作为二级处理后的深度处理手段，保证回用水质量。 原理：吸附质对水的疏水特性及对吸附剂的高度亲和力。 影响因素：吸附质的溶解度越低，吸附效果越好；吸附质与吸附剂之间的作用力。 吸附：被吸附的物质（吸附质）从水相转移到固体物质上的过程。 解吸：被吸附的物质由于分子的热运动脱离吸附剂表面而自由转移的现象。 物理吸附：依靠吸附质与吸附剂之间的分子间引力产生的吸附过程。 放热反应。 没有特定的选择性。 不发生化学反应，低温下可以进行。 较易解吸或脱附。 影响因素：吸附剂的比表面积。 化学吸附：吸附剂与吸附质之间发生化学反应,形成牢固的吸附化学键和表面配合物的过程。 需在较高的温度下进行,吸附时放热较大。 有选择性。 不可逆反应。 再生较困难，需高温脱附。 处理毒性强的物质更安全。 离子交换吸附 吸附质的离子由于静电引力聚集到吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂表面原先固定在这些带电点上的其他离子被置换出来，等于吸附剂表面上放出一个等当量离子。离子所带电荷越多，吸附越强，电荷相同的离子 ，其水化半径越小，越易被吸附。 一、吸附平衡与吸附速率 平衡浓度：指吸附质在溶液中的浓度和在吸附剂表面上的浓度都不再发生改变而达到动态平衡时，吸附质在溶液中的浓度即被称为平衡浓度。亦就是吸附速度和解吸速度相等时，吸附质在溶液中的浓度。 吸附容量q：在一定的温度和压力下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，以g/g表示。 吸附速率：单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质的量，是衡量吸附剂对吸附质的吸附效果，决定废水与吸附剂接触时间的重要参数。 吸附过程分三个阶段 颗粒外部扩散阶段:吸附质通过吸附剂颗粒周围存在的液膜到达吸附剂的外表面。与溶液浓度、吸附剂的外表面积及溶液搅动速度成正比，与吸附质的颗粒直径成反比。 颗粒内部扩散阶段：吸附质由吸附剂外表面向孔内深处扩散。与吸附剂细孔的大小、构造、吸附质颗粒大小、构造等因素有关。 吸附反应阶段：吸附质被吸在细孔的内表面上,瞬间完成。 吸附剂必须是具有高度疏松结构和巨大暴露表面的多孔物质。只有这样，才能给吸附提供很大的表面。吸附剂的有效表面包括颗粒的外表面和内表面，而内表面总是比外表面大得多，例如硅胶的内表面高达600m2／g，活性炭的内表面可高达1000m2／g。这些内部孔道通常都很小，有的宽度只有几个分子的直径，但数量极大，这是由吸附剂的孔隙率决定的。因此，要求吸附剂要有很大的孔隙率。除此之外，还要求吸附剂具有合适的孔隙和分布合理的孔径，以便吸附质分子能到达所有的内表面而被吸附。 温度一定时，吸附容量随吸附质平衡浓度的提高而增加，把吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。 吸附等温式：描述吸附等温线的数学表达式 弗兰德利希等温式（适用于单组分吸附体系） 式中：K-吸附系数；n-常数，通常大于1。 若1/n=0.1-0.5之间，易于吸附； 若1/n2，则难于吸附。 1.吸附剂的种类及性质 a.吸附剂种类：极性吸附剂吸附极性物质，非极性吸附剂吸附非极性物质。 b.比表面积越大、颗粒越小，吸附容量越大； c.孔结构：孔径大，比表面小，吸附能力差；孔径太小，不利于吸附质扩散。 微孔：孔半径＜2nm； 过渡孔：孔半径介于2-100nm之间; 大孔：孔半径＞100nm.提供扩散通道。 2.吸附质的性质 a.溶解度 　溶解度越小，越易被吸附。同系有机物在水中的溶解度随着其链长的增长而减小，则吸附剂对其的吸附能力随链长的增长而增长。 b.吸附质的结构 活性炭对芳香族化合物吸附效果好于脂肪族； 对不饱和链有机物吸附效果好于饱和有机物； 对非极性或极性小的物质吸附效果好于极性物质的效果。 c.吸附质分子的大小和不饱和程度 吸附质分子体积越大，其扩散系数越大，吸附效率就越大。活性炭易吸附分子直径较大的非极性化合物；沸石易吸附分子直径小的极性化合物。 注：分子量过大，影响扩散速度。 d.吸附质的浓度 吸附质的浓度比较低时，由于吸附剂的表面大部分是空闲的，此时提高吸附质浓度会增加吸附量；当浓度提高到一定程度后，再行提高浓度，吸附量虽增加但速度减慢；当全部