1第八章吸附与化学沉淀第八章吸附与化学沉淀第第11节节吸吸附附2一:吸附原理与类型•1.原理:一种物质附着在另一种物质表面上的过程――吸附,是一种相界面上的反应。•可以发生在气-液界面、气-固、液-固•在水处理中,主要讨论的是液-固界面。3•固相物质:吸附剂,一般为多孔性物质•液相中被吸附物质:吸附质•吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面(吸附剂)而被去除的方法。•为什么吸附剂有吸附能力呢?这主要与表面张力、表面能的变化有关。42.类型:•1)物理吸附:•2)化学吸附:•3)离子交换吸附51)物理吸附:•分子间的作用力所引起的。•吸附热较小,可在低温下进行。•过程是可逆的,易解吸(被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面)•相对没有选择性,可吸附多种吸附质(由于分子力是普遍存在的),但吸附质极性不同,吸附量不同。•可形成单分子吸附层或多分子吸附层62)化学吸附:•由化学键力引起的――产生化学反应。•如石灰吸附CO2→CaCO3•吸附热大,一般在较高温下进行•具有选择性,单分子层吸附。•化学键力大时,吸附不可逆。73)离子交换吸附•静电引力,吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上,同时吸附剂也放出一个等当量离子。•离子电荷越多,吸附越强。•离子水化半径越小,越易被吸附在水处理中,三种吸附的综合表现。8二、吸附剂•具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣……•活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。9•原料:木材、煤,经高温炭化和活化而成。•碳化:把原料热解成碳渣,温度:300-400度•活化:形成发达的细孔。气体法:通入水蒸汽,温度在920-960度;药剂法:加入氧化锌、硫酸、磷酸等10三、吸附等温线1.吸附平衡当吸附速度和解吸速度相等时,溶液中的吸附质浓度不在改变时→吸附平衡11•吸附剂吸附能力的大小用吸附量q(g/g)表示。达到吸附平衡时,q=V(C0-C)/W(g/g)V:废水容积W:活性炭投量C:吸附平衡时,溶液中溶质浓度•增加W→C和q发生变化122.吸附等温线与等温式•吸附等温线:在某一温度条件下,吸附量随吸附质平衡浓度的变化的曲线。有I型和II型两种类型。13I型II型141)弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式(经验公式)q=KC1/nlogq=logK+1/nlogC1/n越小,说明吸附可在相当宽的浓度范围下进行。一般认为1/n=0.1–0.5时容易吸附152)朗谬尔(Langmuir)吸附等温式;基于单分子层吸附推导出来。q=aqsC/(1+aC)a:吸附平衡常数qs:饱和吸附量C:平衡浓度ssqCaqq1111163)BET式:描述II型吸附,多层分子吸附模式,各层符合朗谬尔吸附。17四、影响吸附的因素1.吸附剂的性质•细孔分布:活性炭的情况微孔<2nm,占总比表面的95%:主要支配吸附量过渡孔2-100nm,<5%:起通道和吸附作用大孔100-10000nm,不足1%:主要起通道作用,影响吸附速度。18•比表面:活性炭比表面积:500-1700m2/g。比表面积越大,吸附量越大。但应注意对一些大分子,微孔所提供的比表面积基本上不起作用。所以有时也不能单纯用比表面积来评价。•表面化学特性:活性炭本身是非极性的,但由于表面共价健不饱和易与其它元素如氧、氢结合,生成各种含氧官能团。目前已证实的含氧官能团有:-OH基、-COOH基。192.吸附质的性质•溶解度:对活性炭而言,溶解度越低,越易被吸附•界面张力:越使溶液界面张力减小的物质越易被吸附。•极性:活性炭易吸附非极性或极性很低的物质。•分子量和不饱和度:与沸石相比,活性炭易吸附分子较大的饱和化合物,但分子量一般不超过1000。•溶质浓度203.操作条件:•pH值:对吸附剂及吸附质都有影响。活性炭一般在酸性溶液中有较高的吸附率。•温度:物理吸附是放热过程。•共存物质:竞争吸附•接触时间:取决于吸附速度21五、吸附操作方式与设计1.吸附操作方式:•静态•动态:固定床移动床流化床22降流式固定床型吸附塔构造示意图23242.吸附容量和穿透曲线的利用•1)静态试验:•通过吸附等温线,得到静态吸附容量,选择碳型、粗略估计处理每吨废水所需的吸附剂量2)动态试验:――穿透曲线25出水溶质浓度ab通水时间t26•穿透点:a,Ca=0.0...