2025年活性炭吸附性能研究与应用实验探究报告.docxVIP

1试验目的

(1)通过试验深入理解活性炭的吸附工艺及性能；

(2)熟悉整个试验过程的操作；

(3)掌握用“间歇法”、“持续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的措施；

(4)学会使用一级动力学、二级动力学方程拟合分析，对PAC的吸附进行动力学分析研究；

(5)理解活性炭改性的措施以及其影响原因。

2试验原理

2.1活性炭间隙性吸附试验原理

活性炭吸附就是运用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，己到达净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受到同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一种是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合的成果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内的活性炭的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不在变化，而到达平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q

表达。

式中：q——活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质量，g/g;V——污水体积，L;

Co、C——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L;X——被吸附物质重量，g;

M——活性炭投加量，g。

在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者

之间的变化称为吸附等温线，一般费用兰德里希经验公式加以体现。

式中：q——活性炭吸附量，g/g;

C——被吸附物质平衡浓度g/L;

K、n——溶液的浓度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。

K、n值求法如下：通过间歇式活性炭吸附试验测得q、C对应之值，将式取对数后

变换为下式：

将q、C对应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n,截距则为K。

此外，尚有朗缪尔吸附等温式，它一般用来描述物质在均一表面上的单层吸附，体

现式为：

由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用持续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。

采用持续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来体现。

式中：t——工作时间，h;V流速，m/h;

D——活性炭层厚度，m;K——速度常数，L/mg·h;

No——吸附容量、即到达饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L;

Co——进水中被吸附物质浓度，mg/L;CB——容许出水溶质浓度，mg/L。

当工作时间t=0,能使出水溶质不不小于CB的碳层理论深度称为活性炭的临界深

度，其值由上式t=0推出。

碳柱的吸附容量(N?)和速度常数(K),可通过持续流活性炭吸附试验并运用公式t~D线性关系回归或作图法求出。

2.2活性炭吸附动力学试验原理

动力学研究多种原因对化学反应速率影响的规律，研究化学反应过程经历的详细环节，即所谓反应机理。它探索将热力学计算得到的也许性变为现实性，将试验测定的化学反应系统宏观量间的关系通过经验公式关联起来。

固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学过程可用准一级、准二级、韦伯-莫里斯(WeberandMorris)内扩散模型和班厄姆(Bangham)孔隙扩散模型来进行描述。

(1)基于固体吸附量的拉格尔格伦(Lagergren)准一级速率方程是最为常见的，应用于液相的吸附动力学方程，模型公式如下：

qt=qe[1-exp(-Kt)]或

In(qe-qt)=Inqe-Kt式中：qe——平衡吸附量，mg/g;

q:——时间为t时的吸附量，mg/g;

K——一次方程吸附速率常数，min-1。

以log(qe-q)对t作图，假如能得到一条直线，阐明其吸附机理符合准一级动力学模型。

(2)准二级速率方程是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制，这种化学吸附波及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移，其公式为：

式中K,为二级吸附速率常数

以t/qi对t作图，假如能得到一条直线，阐明其吸附机理符合准二级动力学模型。

(3)韦伯-莫里斯模型常用来分析反应中的控制环节，求出吸附剂的颗粒内扩散速率常数。其公式为：

式中，C是波及到厚度、边界层的常数。Kip是内扩散率常数。q对t/2作图是直线且通过原点，阐明内扩散由单一速率控制。

(4)班厄姆方程常被用来描述在吸附过程中的孔道扩散机理，方程尽管是以经验式提出，但可认为是与Freundlich等温吸附方程对应的动力学方程，这可从理论上导出。

其公式为：

当线性拟合得到很好直线