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活性炭 吸附在水处理运用中的原理是什么?

作者:admin 来源: 日期:2015-8-6 14:36:11 人气:28 加入收藏


活性炭吸附是利用 活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧 化和还原等性能去除水中污染物的水处理工艺


活性炭 的强吸附性能与它具有巨大的比表面积有关,在炭粒活化过程中,晶格间 生成的空隙形成了各种形状和大小的细孔,其孔壁 的总面积就是活性炭的总表面积。吸附作 用主要发生在这些细孔的表面上,每克吸 附剂具有的总表面积称为比表面积。但是,活性炭 的吸附量除与比表面积有关以外,还与细 孔的形状和分布以及表面的化学性质有关,活性炭 的比表面积可达500~1700m2/g,活性炭 微孔的形状取决于活化方法和活化条件,有圆筒形、圆锥形、瓶形,平板形、V字型、毛细管形等等。细孔的半径一般为1~10nrn。活性炭 的孔隙可分为大孔、过度孔和微孔三类,大孔的孔径为1000~10000nm,表面积只有0.5~2m2/g,占比表 面积的比例不足1%,它主要 为吸附质提供扩散通道,吸附能力较弱;过渡孔半径为2~100nm,其表面积为1~200 m2/g,占总比表面积的5%以下,它不仅 为吸附质提供扩散通道,影响扩散速度,而且有 利于大分子物质的吸附,吸附能力强,过度孔 的发达与否就成为水处理用活性炭的一个重要指标:微孔半径在2nm以下,其比表面积为700~1400 m2/g,占比表面积的95%以上,对吸附量的影响最大,在吸附 中期起主要作用,但对于液相来说,水中的 大分子污染物难以进入微孔,因此,其吸附能力一般。 


由于活 性炭的原料和制造方法的不同,细孔的 分布情况也相差很大,而且再 生次数也会影响细孔的构造,一般来说,吸附量 主要受微孔支配,但对于分子量(或分子直径)较大的吸附质,由于分子筛的作用,被吸附 质难以进入小孔,因此小 孔提供的表面积几乎不起作用,所以在实际应用中,应该根 据吸附质的直径大小和活性炭的孔隙分布来选择合适的活性炭。

  

     一般来说,用于水处理的活性 炭要求有较发达的中孔。活性炭 的空隙分布给吸附容量以很大影响,原因是 存在着分子筛作用,或类似 排斥色谱的作用,即具有 一定尺寸的吸附质分子不能进入比其直径小的空隙。按照立体效应,活性炭 所能吸附的分子直径大约是孔道直径的1/2到1/10。也有人认为:活性炭 内起吸附作用的孔道直径(D)是吸附质分子直径(d)的1.7至21倍,最佳吸附范围是D/d=1.7~6。活性炭 是由许多层状结构的微晶体不规则地集合而成,微晶体 中的碳原子以共价键形式相结合,因此活 性炭一般情况下被认是非极性的。但是有些部位,特别是 层的边缘还有许多非结晶部位,这些部 位的碳原子由于共价键没有达到饱和,而易于进行化学反应,与氧结 合形成一些表面氧化物基团。在400℃左右的低温活化时,形成梭基(>COOH )等酸性氧化物,这些官 能团在水中发生解离,使活性 炭表面具有阴离子特性,极性增强。随着温度的升高,这两种基团越来越少,而碱性 氧化物逐渐增加。当温度达到850℃时,>COOH和-OH这两种 酸性氧化物基团完全消失,而羰基(>C=O)碱性氧 化物基团达到最大值。当温度超过850℃时,碱性氧化物略有减少,而酸性 氧化物略有增加。我国活性炭通常在900℃左右下活化,故表面 氧化物主要是羰基(>C=O)碱性基团。羰基(>C=O)碱性基 团可使活性炭具有微弱的极性,并具有 一定的化学和物理化学吸着力。因此,活性炭吸附不仅可 以除去水中的非极性吸附质,还可吸 附极性溶质甚至某些微量的金属离子及其化合物。 



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