吸附分液相吸附和氣相吸附兩類(lèi),液相吸附能力常以吸附等溫線(xiàn)進(jìn)行評價(jià),氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價(jià)。
吸附等溫線(xiàn)表示一定溫度下吸附系統中被吸附物質(zhì)的分壓或濃度與吸附量之間的關(guān)系,即當保持溫度不變,可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關(guān)系。以剩余濃度為橫軸,以活性炭單質(zhì)量的吸附量為縱軸可繪出關(guān)系曲線(xiàn)。
當保持分壓或濃度不變,可測得平衡吸附量和溫度間的變化關(guān)系,繪出關(guān)系曲線(xiàn),即吸附等壓線(xiàn)。由于在工業(yè)裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態(tài)下進(jìn)行,所以吸附等溫線(xiàn)最為重要和常用。
溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能,可用顆?;钚蕴康乃穆然嘉铰实臏y定為例,在規定的試驗條件下,即規定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下,持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過(guò)活性炭,當達到吸附飽和時(shí),活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質(zhì)量與試樣質(zhì)量之百分比作為四氯化碳的吸附率。
活性炭應用中對于吸附能力,最好用實(shí)際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進(jìn)行評價(jià)測試。
活性炭的吸附量,即單位活性炭所吸附的吸附質(zhì)的量,工業(yè)上也有稱(chēng)為活性炭的活性,活性有兩種表示方法:
靜活性-----即通常所指的吸附劑達到平衡的吸附量。
動(dòng)活性----是指流體混合物通過(guò)活性炭床層,其中吸附質(zhì)被吸附,經(jīng)一些時(shí)間的運作,活性炭床層流出的流體中開(kāi)始出現含有一定的吸附質(zhì),說(shuō)明活性炭床層失去吸附能力,此時(shí)活性炭上已吸附的吸附質(zhì)的量,就稱(chēng)為活性炭的活性。是設計大量的、經(jīng)常的、重要的吸附系統所需的數據。
用液相等溫線(xiàn)法測定活性炭吸附能力的標準實(shí)用方法,可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸附能力。
選用粉狀活性炭還是粒狀活性炭
要根據具體工藝目的結合兩種活性炭的各自?xún)?yōu)點(diǎn)而選用。
粉狀活性炭通常在液相應用,加入液體后經(jīng)攪拌混合、過(guò)濾或沉降,而得所要的液體。以粉狀活性炭處理的優(yōu)點(diǎn)是:適用于間歇工藝;易控制加入量;可利用現成過(guò)濾設備;價(jià)格較低。
粒狀活性炭可用于液相,也可用于氣相。一般將要處理的液體或氣體連續通過(guò)活性炭柱。以粒狀活性炭處理的特點(diǎn)是:適用于連續工藝與自動(dòng)控制;較少活性炭耗量,使用的炭/液比高;較易清潔操作;因價(jià)較高大量使用時(shí)應予再生,且較易再生。
活性炭水處理的主要影響因素
由于活性炭水處理所涉及的吸附過(guò)程和作用原理較為復雜,因此影響因素也較多。主要與活性炭的性質(zhì)、水中污染物的性質(zhì)、活性炭處理的過(guò)程原理以及選擇的運轉參數與操作條件等有關(guān)。
一、 活性炭的性質(zhì)
由于吸附現象發(fā)生在吸附劑表面上,所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一,比表面積越大,吸附性能越好。
因為吸附過(guò)程可看成三個(gè)階段,內擴散對吸附速度影響較大,所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷,也影響吸附的效果。
用于水處理的活性炭應有三項要求:吸附容量大、吸附速度快、機械強度好?;钚蕴康奈饺萘?/span>除其他外界條件外,主要與活性炭比表面積有關(guān),比表面積大,微孔數量多,可吸附在細孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關(guān),水處理用的活性炭,要求過(guò)渡孔(半徑20~1000A)較為發(fā)達,有利于吸附質(zhì)向微細孔中擴散?;钚蕴康牧6仍叫∥剿俣仍娇?,但水頭損失要增大,一般在8~30目范圍較宜,活性炭的機械耐磨強度,直接影響活性炭的使用壽命。
二、吸附質(zhì)(溶質(zhì)或污染物)的性質(zhì)
同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
(一)溶解度
對同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長(cháng)而降低,而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。
如活性炭從水中吸附有機酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
(二)分子構造
吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結構對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內擴散速度的影響,吸附質(zhì)(溶質(zhì))分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。
(三)極性
活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑,對水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。
(四)吸附制裁(溶質(zhì))
吸附質(zhì)的濃度在一定范圍時(shí),隨著(zhù)濃度增高,吸附容量增大。因此吸附質(zhì)(溶質(zhì))的濃度變化,活性炭對該種吸附質(zhì)(溶質(zhì))的吸附容量也變化。
三、溶液pH的影響
溶液pH值對吸附的影響,要與活性炭和吸附質(zhì)(溶質(zhì))的影響綜合考慮。
溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度,當pH值達到某個(gè)范圍時(shí),這些化合物就要離解,影響對這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會(huì )影響吸附質(zhì)(溶質(zhì))的溶解度,以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)(溶質(zhì))的帶電情況。
由于活性炭能吸附水中氫、氧離子,因此影響對其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機污染物質(zhì)的效果,一般隨溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0
時(shí),不易吸附,pH值越低時(shí)效果越好。在實(shí)際應用中,通過(guò)試驗確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因為液相吸附時(shí)吸附熱較小,所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應。吸附熱,即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)(溶質(zhì))放出的總熱量,以KJ/mol為單位。吸附熱越大,溫度對吸附的影響越大。另一方面,溫度對物質(zhì)的溶解度有影響,因此對吸附也有影響。
用活性炭處理水時(shí),溫度對吸附的影響不顯著(zhù)。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應用吸附法處理水時(shí),通常水中不是單一的污染物質(zhì),而是多組分污染物的混合物。在吸附時(shí),它們之間可以共吸附,互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下,多組分吸附時(shí)分別的吸附容量比單組分吸附時(shí)低。
六、吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時(shí),外擴散(液膜擴散)速度對吸附有影響,所以吸附裝置的型式、接觸時(shí)間(通水速度)等對吸附效果都有影響。
綜上所述,影響吸附的因素很多,應綜合分析,根據具體情況,選擇最佳吸附條件,達到最好的吸附效果。