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吸附

吸附：溶液中的物質(zhì)由一相向某種適宜的另一相界面上積累的過程。

在廢水處理中，用吸附作用來去除廢水中的污染物質(zhì)時，一般都是通過固液界面的吸附來實現(xiàn)的，具吸附能力的多孔性固體物質(zhì)稱為吸附劑。

1吸附原理

吸附是一種在兩相界面上發(fā)生的表面現(xiàn)象，與物質(zhì)表面張力和表面能的變化有關(guān)，符合熱力學(xué)第二定律，可用吉布斯方程式表示：

式中，若某溶質(zhì)能降低溶液的表面張力，即 為負(fù)值， 為正值，產(chǎn)生正吸附，若某溶質(zhì)能增加溶液的表面張力，則 為正值， 為負(fù)值，產(chǎn)生負(fù)吸附，稱為解吸。

2吸附的類型

⑴物理吸附：

特點是吸附熱較小，低溫就能進(jìn)行，吸附是可逆的，吸附基本沒有選擇性。

⑵化學(xué)吸附：

特點是吸附熱較大一般在較高溫度下進(jìn)行;當(dāng)化學(xué)鍵力大時，吸附是不可逆的;吸附有選擇性，一種吸附劑只對某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附。

⑶離子交換吸附：

水處理中，吸附往往是由上述3種吸附綜合作用的結(jié)果，但由于吸附質(zhì)和吸附劑的不同以及其他因素的影響，可能某種吸附是主要的。

3吸附等溫線

在溫度一定的條件下，吸附容量隨吸附質(zhì)平衡濃度的增大而提高，吸附容量隨平衡濃度而變化的曲線稱為吸附等溫線。

常見的吸附等溫線有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型。

Ⅰ型吸附等溫線與朗格謬爾和弗蘭德利希吸附等溫式相對應(yīng)，Ⅱ型吸附等溫線與BET等溫式相對應(yīng)。應(yīng)理解這幾個公式，并掌握公式中各參數(shù)的計算過程。

4吸附速率

吸附速率是指單位重量的吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)質(zhì)量。

吸附速率越快，吸附質(zhì)與吸附劑接觸時間就越短，所需的吸附設(shè)備容積也就越小。

吸附速率取決于吸附質(zhì)的傳質(zhì)過程，對于多孔吸附劑，傳質(zhì)分為以下三步：

①吸附質(zhì)從溶液主體擴散到吸附劑外表面，這是吸附質(zhì)透過吸附劑表面液膜的傳質(zhì)簡稱外擴散;

②吸附質(zhì)由吸附劑顆粒的外表面，經(jīng)顆粒內(nèi)的細(xì)孔擴散到顆粒的內(nèi)表面，簡稱內(nèi)擴散;

③吸附質(zhì)在吸附劑的表面上被吸附。

5常用吸附劑及影響吸附的主要因素

⑴常用吸附劑

活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖質(zhì)酸、焦炭、木炭、木屑、爐渣和粉煤灰等，應(yīng)用較多的是活性炭。

⑵活性炭的特性

①活性炭的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。比表面積可達(dá)500～1700m2/g，其中小孔容積一般為0.15～0.9ml/g，表面積占比表面積的95%以上，過渡孔容積一般為0.02～0.1ml/g，表面積占比表面積的5%左右，而大孔容積一般為0.2～0.5ml/g，表面積很小，只有0.5～2m2/g。

②活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)

由于活性炭表面有—OH基等，所以具有一些極性。

⑶影響活性炭吸附的主要因素

①活性炭吸附劑的性質(zhì)

其表面積越大，吸附能力就越強; 活性炭是非極性分子，易于吸附非極性或極性很低的吸附質(zhì);活性炭吸附劑顆粒的大小，細(xì)孔的構(gòu)造和分布情況以及表面化學(xué)性質(zhì)等對吸附也有很大的影響。

②吸附質(zhì)的性質(zhì)

取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度、附質(zhì)的濃度等

③廢水PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。

PH值會對吸附質(zhì)在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響，從而影響吸附效果。

④共存物質(zhì)

共存多種吸附質(zhì)時，活性炭對某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時的吸附能力差

⑤溫度

溫度對活性炭的吸附影響較小

⑥接觸時間

應(yīng)保證活性炭與吸附質(zhì)有一定的接觸時間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

6吸附操作方式

⑴靜態(tài)吸附

適用于處理水量小或吸附劑性質(zhì)特殊的情況下

⑵動態(tài)吸附

廢水在流動時進(jìn)行的吸附為動態(tài)吸附，其工藝可分為固定床、移動床、流化床三種。

固定床：在水處理工藝中常用。由于處理水量、原水水質(zhì)和處理出水水質(zhì)指標(biāo)的不同，工程中可采用單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等三種操作方式。

移動床和流化床在廢水處理中應(yīng)用較少。

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