吸附分液相吸附和氣相吸附兩類,液相吸附能力常以吸附等溫線進行評價,氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價。
吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統中被吸附物質的分壓或濃度與吸附量之間的關系,即當保持溫度不變,可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關系。以剩余濃度為橫軸,以活性炭單質量的吸附量為縱軸可繪出關系曲線。
當保持分壓或濃度不變,可測得平衡吸附量和溫度間的變化關系,繪出關系曲線,即吸附等壓線。由于在工業裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態下進行,所以吸附等溫線最為重要和常用。
溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能,可用顆粒活性炭的四氯化碳吸附率的測定為例,在規定的試驗條件下,即規定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下,持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭,當達到吸附飽和時,活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質量與試樣質量之百分比作為四氯化碳的吸附率。
活性炭應用中對于吸附能力,最好用實際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進行評價測試。
活性炭的吸附量,即單位活性炭所吸附的吸附質的量,工業上也有稱為活性炭的活性,活性有兩種表示方法:
靜活性-----即通常所指的吸附劑達到平衡的吸附量。
動活性----是指流體混合物通過活性炭床層,其中吸附質被吸附,經一些時間的運作,活性炭床層流出的流體中開始出現含有一定的吸附質,說明活性炭床層失去吸附能力,此時活性炭上已吸附的吸附質的量,就稱為活性炭的活性。是設計大量的、經常的、重要的吸附系統所需的數據。
用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標準實用方法,可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸附能力。
選用粉狀活性炭還是粒狀活性炭
要根據具體工藝目的結合兩種活性炭的各自優點而選用。
粉狀活性炭通常在液相應用,加入液體后經攪拌混合、過濾或沉降,而得所要的液體。以粉狀活性炭處理的優點是:適用于間歇工藝;易控制加入量;可利用現成過濾設備;價格較低。
粒狀活性炭可用于液相,也可用于氣相。一般將要處理的液體或氣體連續通過活性炭柱。以粒狀活性炭處理的特點是:適用于連續工藝與自動控制;較少活性炭耗量,使用的炭/液比高;較易清潔操作;因價較高大量使用時應予再生,且較易再生。
活性炭水處理的主要影響因素
由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復雜,因此影響因素也較多。主要與活性炭的性質、水中污染物的性質、活性炭處理的過程原理以及選擇的運轉參數與操作條件等有關。
一、 活性炭的性質
由于吸附現象發生在吸附劑表面上,所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一,比表面積越大,吸附性能越好。
因為吸附過程可看成三個階段,內擴散對吸附速度影響較大,所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化學性質、極性及所帶電荷,也影響吸附的效果。
用于水處理的活性炭應有三項要求:吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。活性炭的吸附容量除其他外界條件外,主要與活性炭比表面積有關,比表面積大,微孔數量多,可吸附在細孔壁上的吸附質就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關,水處理用的活性炭,要求過渡孔(半徑20~1000A)較為發達,有利于吸附質向微細孔中擴散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水頭損失要增大,一般在8~30目范圍較宜,活性炭的機械耐磨強度,直接影響活性炭的使用壽命。
二、吸附質(溶質或污染物)的性質
同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
(一)溶解度
對同一族物質的溶解度隨鏈的加長而降低,而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。
如活性炭從水中吸附有機酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
(二)分子構造
吸附質分子的大小和化學結構對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內擴散速度的影響,吸附質(溶質)分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。
(三)極性
活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑,對水中非極性物質的吸附能力大于極性物質。
(四)吸附制裁(溶質)
吸附質的濃度在一定范圍時,隨著濃度增高,吸附容量增大。因此吸附質(溶質)的濃度變化,活性炭對該種吸附質(溶質)的吸附容量也變化。
三、溶液pH的影響
溶液pH值對吸附的影響,要與活性炭和吸附質(溶質)的影響綜合考慮。
溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度,當pH值達到某個范圍時,這些化合物就要離解,影響對這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會影響吸附質(溶質)的溶解度,以及影響膠體物質吸附質(溶質)的帶電情況。
由于活性炭能吸附水中氫、氧離子,因此影響對其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機污染物質的效果,一般隨溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0
時,不易吸附,pH值越低時效果越好。在實際應用中,通過試驗確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因為液相吸附時吸附熱較小,所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應。吸附熱,即活性炭吸附單位重量的吸附質(溶質)放出的總熱量,以KJ/mol為單位。吸附熱越大,溫度對吸附的影響越大。另一方面,溫度對物質的溶解度有影響,因此對吸附也有影響。
用活性炭處理水時,溫度對吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質共存的影響
應用吸附法處理水時,通常水中不是單一的污染物質,而是多組分污染物的混合物。在吸附時,它們之間可以共吸附,互相促進或互相干擾。一般情況下,多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。
六、吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時,外擴散(液膜擴散)速度對吸附有影響,所以吸附裝置的型式、接觸時間(通水速度)等對吸附效果都有影響。
綜上所述,影響吸附的因素很多,應綜合分析,根據具體情況,選擇最佳吸附條件,達到最好的吸附效果。