第十五章吸附法

第十五章吸附法 本章内容: 吸附法功能与特点吸附法基本原理吸附剂及其再生吸附工艺与设计吸附法废水处理应用

1 吸附法功能与特点

1 吸附法功能与特点 • 功能去除水中溶解态微量污染物。 • 有机物 • 胶体粒子 • 重金属离子 • 放射性元素 • 其他（微生物、余氯、臭味、色度）

1 吸附法功能与特点 • 特点 • 深度处理 • 可回收有用物料 • 进水预处理要求高 • 运转费用贵

2 吸附法基本原理 • 固体表面吸附 • 不同相表（界）面 • 剩余表面能 • 溶质浓集 • 吸附剂 • 吸附质 • 解吸或脱附

2.1 吸附机理及分类 • 引起吸附的原因 • 范德华力 • 化学键力 • 静电引力

2.1 吸附机理及分类 • 吸附的分类 • 物理吸附 • 化学吸附 • 交换吸附

2.1 吸附机理及分类 • 物理吸附 • 分子间力(范德华力)引起 • 没有选择性 • 放热较小，约42kJ／mol或更少 • 多分子层吸附 • 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大

2.1 吸附机理及分类 • 化学吸附 • 化学反应，形成牢固的化学键 • 放热量较大，约84—420kJ／mol • 有选择性 • 单分子层吸附 • 表面化学性质和化学性质影响大

2.1 吸附机理及分类 • 交换吸附 • 正负电荷间静电引力引起 • 吸附剂表面带电点 • 离子置换 • 离子电荷数和水合半径影响大

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • 平衡吸附量式中 V——溶液体积，L Co、Ce——分别为溶质的初始和平衡浓度，mg／L m——吸附剂量，g

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • 吸附试验

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • 吸附等温线 • 吸附等温式

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • Langmuir 吸附等温式理论假设： • 吸附剂表面均一 • 吸附是单分子层的

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • Langmuir 吸附等温式式中 a、b——常数 Ce ——平衡浓度，mg/L

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • Langmuir 吸附等温式

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • B.E.T 吸附等温式假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质问的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。式中 a ，B——常数； Cs ——吸附质饱和浓度，mg/L Ce ——平衡浓度，mg/L。

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • B.E.T 吸附等温式

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • Freundlich吸附等温式指数形式的经验式。式中 K，n——常数； Ce ——平衡浓度，mg/L。一般认为，1／n值介于0.1～0.5之间时易于吸附，而＞2时难以吸附。

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • 吸附等温式直线式

2.2 吸附平衡与吸附等温式 • 吸附等温式直线图

2.3 影响吸附的因素 • 吸附剂结构的影响 • 比表面积 • 孔结构大孔 >100 nm 2nm<过渡孔<100nm 微孔<2nm • 表面化学性质表面含氧官能团的性质－COOH、－OH等有助于对极性分子的吸附

2.3 影响吸附的因素 • 吸附质性质的影响对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸的次序而增加。活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。实际废水体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。

2.3 影响吸附的因素 • 操作条件的影响吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于解吸。溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。国内用太原8＃炭吸附Cd—CN络合物的试验结果如图所示。

2.4 吸附动力学 • 吸附速度单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附别表面(膜扩散)；第二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。。

1 吸附法功能与特点

第十五章 吸附法