2014年環(huán)保工程師考試《專(zhuān)業(yè)知識(shí)》精講講義:吸附

　　吸 附

　　大綱要求：熟悉吸附的技術(shù)和方法，了解主要吸附劑的性能和影響因素

　　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(guò)程。在廢水處理中，用吸附作用來(lái)去除廢水中的污染物質(zhì)時(shí)，一般都是通過(guò)固液界面的吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具吸附能力的多孔性固體物質(zhì)稱(chēng)為吸附劑。

　　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，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(chēng)為解吸。

　　吸附的類(lèi)型

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

　　⑵化學(xué)吸附：

　　特點(diǎn)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(shí)，吸附是不可逆的;吸附有選擇性，一種吸附劑只對(duì)某種或幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附。

　?、请x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。

　　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(chēng)為吸附等溫線。

　　常見(jiàn)的吸附等溫線有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類(lèi)型。

　?、裥臀降葴鼐€與朗格謬爾和弗蘭德利希吸附等溫式相對(duì)應(yīng)，Ⅱ型吸附等溫線與BET等溫式相對(duì)應(yīng)。應(yīng)理解這幾個(gè)公式，并掌握公式中各參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。

　　吸附速率

　　吸附速率是指單位重量的吸附劑在單位時(shí)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(shí)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(guò)程，對(duì)于多孔吸附劑，傳質(zhì)分為以下三步：

　?、傥劫|(zhì)從溶液主體擴(kuò)散到吸附劑外表面，這是吸附質(zhì)透過(guò)吸附劑表面液膜的傳質(zhì)簡(jiǎn)稱(chēng)外擴(kuò)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(kuò)散到顆粒的內(nèi)表面，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)擴(kuò)散;

　?、畚劫|(zhì)在吸附劑的表面上被吸附。

　　常用吸附劑及影響吸附的主要因素

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　　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。

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　　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(guò)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

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　　其表面積越大，吸附能力就越強(qiáng); 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(duì)吸附也有很大的影響。

　?、谖劫|(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。

　?、蹚U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(huì)對(duì)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。

　?、芄泊嫖镔|(zhì)

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

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　　溫度對(duì)活性炭的吸附影響較小

　?、藿佑|時(shí)間

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

　　吸附操作方式

　?、澎o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。

　?、苿?dòng)態(tài)吸附

　　廢水在流動(dòng)時(shí)進(jìn)行的吸附為動(dòng)態(tài)吸附，其工藝可分為固定床、移動(dòng)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(dòng)床和流化床在廢水處理中應(yīng)用較少。

　　吸附床的設(shè)計(jì)

　　⑴吸附試驗(yàn)

　　①確定吸附容量試驗(yàn)

　　主要是確定吸附容量公式中各參數(shù)關(guān)系并求出相應(yīng)的吸附等溫線。

　?、诖_定吸附速率試驗(yàn)

　　測(cè)定不同時(shí)間水樣中溶質(zhì)濃度，直到濃度不再變化為止，根據(jù)數(shù)據(jù)求出吸附速率。

　　③裝置試驗(yàn)

　　選用直徑為100～150mm、高為1.5～2.5m的吸附柱裝置，吸附劑層厚度約1.0～1.5m?？蛇M(jìn)行多床串聯(lián)試驗(yàn)，并繪制穿透曲線，利用

　　此曲線確定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。

　　⑵主要設(shè)計(jì)參數(shù)

　　包括吸附塔直徑(1～3.5m)、充填層厚度(3～10m)、充填層與塔徑之比(1：1～4：1)、活性炭粒徑(0.5～2.0mm)、接觸時(shí)間(10～50min)、容積線速度、過(guò)濾線速度(升流式：9～25m/h，降流式：7～12m/h)、反沖洗線速度、反沖洗時(shí)間(3～8min)、反沖洗周期(8～72h)、反沖洗膨脹率等。