活性碳吸附模型
有机废气净化(溶剂回收)技术---活性炭纤维吸附回收技术d
有机废气净化（溶剂回收）技术---活性炭纤维吸附回收技术一、吸附原理吸附剂具有高度发达的孔隙构造，其中有一种被叫做毛细管的小孔，毛细管具有很强的吸附能力，同样发达的孔隙构造也意味着吸附剂有着很大的表面积，使气体（杂质）能与毛细管充分接触，从而被毛细管吸附。
当一个分子被毛细管吸附后，由于分子之间存在相互吸引力的原因，会导致更多的分子不断被吸引，直到添满毛细管为止。
必须指出的是，不是所有的微孔都能吸附有害气体，这些被吸附的杂质的分子直径必须是要小于活性炭的孔径，即只有当孔隙结构略大于有害气体分子的直径，能够让有害气体分子完全进入的情况下才能保证杂质被吸附到孔径中，过大或过小都不行。
所以需要通过不断地改变原材料和活化条件来创造具有不同的孔径结构的吸附剂，从而适用于各种杂质吸附的应用。
吸附剂在活化过程中，巨大的表面积和复杂的孔隙结构逐渐形成，吸附剂的孔隙的半径大小可分为：大孔半径>20000nm；过渡孔半径150～20000nm；微孔半径<150nm。
二、吸附剂活性炭是一种含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，是一种常见的吸附剂、催化剂或催化剂载体。
活性碳分为粒状活性碳、粉末活性碳及活性碳纤维，但是由于粉末活性碳有二次污染且不能再生而被限制利用。
粒状活性碳（GAC-granular activated carbon）一般为直径在0.42 -0.85毫米之间的圆柱状颗粒，理论上讲粒状活性炭产品颗粒越小，接触空气面积就越大，比表面积也越大，吸附性能就越好，但是颗粒越小，粉碎制作过程中损耗也越大，粉尘也越多，成本也就越高，所以很多厂家为降低成本，使用大颗粒活性炭，性能当然不好，一般颗粒大小在0.5毫米左右的活性炭既达到了最佳性能，又确保不是粉末，没有污染。
GAC的孔结构一般是具有三分散态的孔分布，既具有按IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry）分类的孔径大于50nm的大孔，也有2.0～50nm的中孔（过渡孔）和小于2.0nm的微孔。
活性炭吸附实验
35.90
500
0.00
2.50
2.50
29.38
COD 去除量
mg 0.00 0.00 6.96 11.75 15.23 17.41 20.02
q
mg /g 0.00 0.00 69.63 58.75 50.77 43.52 40.04
其中，活性炭吸附量 q 的计算公式如下：
q
=
V(C0 − M
Ci )
3、Langmuir 方程拟合
Langmuir 方程基于单分子层吸附，也可用于描述活性炭的等温吸附曲线，其
方程式如下：
可变换为：
q
=
k1Cqm 1 + k1C
1 111
=
∙+
q k1qm C qm
由该式可见，1/q 与 1/C 呈直线关系，根据表 6-1 原始数据整理得到表 6-4
的相关数据；图 6-3 是基于表 6-4 相关数据而绘制得到的拟合曲线图。
表 6-4 Langmuir 拟合所用 1/q 与 1/C 数据
活性炭
1/C
1/q
mg
L/mg
g /mg
100
0.016
0.014
200
0.020
300
0.024
0.017 0.020
400
0.028
0.023
500
0.034
0.025
0.026 0.024
Equation Adj. R-Square
活性炭吸附实验Ⅰ——等温吸附曲线拟合
一、数据记录
1、基础数据：
水样体积：5.00 mL
重铬酸钾消解液体积：5.00 mL
室温：25℃
活性炭的吸附性能
活性炭的吸附性能
吸附形式
活性炭的吸附性能是由他的表面基团类型、比表面积和孔径的分布几个因素决定的，其吸附形式可分为物理吸附和化学吸附。
1、物理吸附
物理吸附的作用力主要是分子间的范德华力，这种引力是由分子或原子中电子的瞬间不对称偶极（激发偶极）产生的，其中足够的强度，可以吸附液体中的分子。
在该吸附过程中被吸附的分子和吸附剂表面组成都不会改变，并且这种吸附是可逆的，即在吸附的同时被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，发生解吸现象。
活性炭通过物理吸附可吸附多种物质，但对各物质的吸附量有所差别，一般对芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附；对支链烃类的吸附优于对直链烃类的吸附；对分子量大、沸点高的有机物的吸附优于分子量小、沸点低的有机物的吸附。
2、化学吸附
化学吸附依赖于吸附剂和吸附质间的化学键合作用，是一种放热过程，吸附比较稳定，不易解吸，且具有不可逆性。
化学吸附具有选择性，只对某种或几种特定的物质起作用。
活性炭表面以酸性氧化物为主时，容易吸附极性强的化合物，阻碍非极性物质的吸附。
活性炭的吸附包括膜扩散、孔扩散及在活性炭的空隙表面吸附三个阶段。
膜扩散是指被吸附的物质在活性炭表面形成水膜的扩散过程；孔扩散指被吸附物质的活性炭内部孔隙的扩散。
因此吸附速率主要取决于被吸附物质想活性炭表面的扩散。
活性炭吸附效率
活性炭吸附效率：专业数值分析一、引言活性炭作为一种吸附材料，广泛应用于水处理、空气净化、脱色提纯等领域。
其独特的物理和化学性质，如高比表面积、多孔结构、良好的吸附性能等，使其成为优选的吸附剂之一。
然而，活性炭吸附效率并不是一个笼统的数值，它受到多种因素的影响。
本文将通过专业数值分析和专业技术知识点的讲解，探讨活性炭吸附效率的影响因素及提高方法。
二、专业数值分析在活性炭吸附中的应用活性炭吸附效率的数值分析主要包括吸附等温线、吸附动力学模型和吸附热力学模型等方面。
通过这些数值分析方法，可以揭示活性炭吸附性能的本质特征，为优化吸附过程提供理论依据。
1.吸附等温线：吸附等温线是描述活性炭吸附容量与温度之间关系的曲线。
常见的吸附等温线有Langmuir和Freundlich等温线。
通过这些等温线，可以研究活性炭对不同物质的吸附性能，进而评估其在实际应用中的效果。
2.吸附动力学模型：吸附动力学模型是描述活性炭吸附速率与时间之间关系的数学模型。
该模型可用来研究吸附过程的控制因素，如扩散速率、反应速率等，为优化吸附时间提供理论依据。
3.吸附热力学模型：吸附热力学模型是描述活性炭吸附能与温度之间关系的数学模型。
该模型可以用来研究吸附过程的稳定性、可逆性等热力学性质，为优化操作条件提供理论支持。
三、专业技术知识点在活性炭吸附中的应用活性炭的吸附性能与其物理和化学性质密切相关。
下面将介绍几个重要的专业技术知识点：1.活性炭的孔结构：活性炭的孔结构对其吸附性能具有重要影响。
孔径大小、分布和比表面积等因素都会影响活性炭对不同物质的吸附效果。
因此，在选择活性炭时，需要考虑其孔结构特点以满足实际需求。
2.活性炭的表面化学性质：活性炭表面的官能团和化学性质对其吸附性能具有重要影响。
例如，表面含氧官能团可以增强活性炭的亲水性，使其在水处理领域具有更好的应用效果。
通过改性或修饰活性炭表面，可以进一步优化其吸附性能。
3.活性炭的粒度：活性炭的粒度也会影响其吸附性能。
活性炭静态吸附曲线
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温线。该等温线具有向上凸起的特征，表明存在饱和吸附量。
02 03
Freundlich等温线
当吸附剂表面不均匀且吸附位点数量无限时，吸附等温线表现为 Freundlich等温线。该等温线呈向下凸起，表明随着吸附量的增加，吸 附强度逐渐降低。
BET等温线
BET等温线是一种修正的Langmuir等温线模型，用于描述多分子层吸 附。该等温线向上凸起，表明存在多层吸附。
吸附热力学分析
焓变
焓变表示了吸附过程中能量的变 化。焓变值为负值表示吸附过程 是自发进行的。
熵变
熵变表示了系统无序度的变化。 熵变值为负值表示吸附过程导致 系统无序度降低。
平衡常数
平衡常数用于描述吸附平衡状态 下的吸附量与浓度之间的关系。 平衡常数越大，表明达到平衡时 吸附量越大。
05
活性炭静态吸附的实际应用
活性炭静态吸附曲线
• 引言 • 活性炭基础知识 • 静态吸附实验方法 • 活性炭静态吸附曲线分析 • 活性炭静态吸附的实际应用 • 结论和建议
01
引言
主题简介
01
活性炭是一种具有高比表面积和 丰富孔结构的吸附剂，广泛应用 于气体和液体的净化、脱硫脱硝 、废水处理等领域。
02
静态吸附是活性炭吸附研究中的 一种重要方法，通过静态吸附曲 线可以了解活性炭的吸附性能和 吸附机理。
等。
01
将容量瓶密封，放入恒 温振荡器中，在设定的 温度和时间下进行振荡
吸附。
03
重复实验，绘制活性炭 静态吸附曲线。
05
称量一定量的活性炭样 品，放入容量瓶中，加
入适量的吸附剂。
02
每隔一定时间取出少量 样品，用天平称量吸附 后活性炭的质量，计算
活性炭吸附法处理废水的数学模型
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｄ ａ ｂ ｏ ｐ ｉ ｎ ｔ ａｍｅ ｔｂ ｃｉ ａｅ ａ ｂ ｎ ｆ ｒｅｅ ｔ ｐ ａ ｉｇ ｅ ｕ ｎ ｎ ｓａ － ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｓ ｐ ｐ ｒｉ ａ ｍｅ ｔ ｓ ｒ ｔ ｒ ｔ ｎ ｙ ａ ｔ ｔ ｄ ｃ ｒ ｏ ｏ ｌ ｅｒ ｌ ｔ ｆ ｅ ｔａ ｄ ｅ ｔｂ ｓ ａ ｏ ｅ ｖ ｏ ｎ ｌ ｌ ｈ ｄ ａ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉｌｅ ｕ ｔ ｎ ｄ ｌ ｉ ｈ ｉｔｏ ｕ ｅ ｈ ａ ｅ ｏ ｈ ｎ ｅ ｏ ａ ｔｗａｅ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｄ ｓ ｇ ｆ ｉ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｑ ａ ｉ ｓｍｏ ｅ ｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｒ ｔ ｆｃ ａ ｇ ｆｗ ｓｅ ｔ ｒｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ ｏ ｓ ａ ｏ ｗｈ ａｏ
功 能 Ｊ在 活 性 炭 吸 附 法 处 理 废 水 的研 究 方 面 ， ． 自
０ 引 言
在 电镀 工业 废水 ， 有 大量 Ｃ （ Ｉ及 少 量 的 含 ｒＶ ） 金 属 阳 离子 和 阴离子 ， 如不 经处 理 直接 排放 ， 严重 将 污染 人类 赖 以生 存 的 环境 ． 处 理 电镀 工业 废 水 的 在
关键词： 活性炭 吸 附；废 水 处理 ；微 分方 程模 型
中 图分类 号 ：０１５ １ １ ７ ．
文献标 志 码 ： Ａ
文章 编号 ：１０ － ６ ３ ２ １ ）２ ０ １－ ４ ０７ ２ ８ （０ １０ － １０ ０
Ｔｒ ａ ｍｅ ｔＭｅ ｈ ｄ ｄ ｌ ｆ ａ ｔ ｗａ ｅ ｙ ｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｓ Ｍｏ ｅ ｓｅ ｔ ｒｂ ｏ Ｗ Ａｃ ｉａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｒ ｔ ｎ ｔ ｔ ｄ Ｃａ ｂ ｎ Ａｂ ｏ ｐ ｉ ｖ ｏ
ｍｅ ｔ ｓ ｃ ｓ ｄ ｓ ｇ ｆａ ｔ ａｅ ａ ｂ ｎ，ｅ ｖ ａ ｅ ａ ｄ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｔ ，ｅｃ，ｗ ｉｈ ｐ ａ ｓ ａ ｇ ｉｉ ｇ ｒ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉ ｒ ， ｕ ｈ ａ ｏ ａ ｅ ｏ ｃ ｉ ｔｄ ｃ ｒ ｏ ｒ ｍｏ ａ ｒ ｔ ｎ ｂ ｏ ｉ ｉ ｖ ｌ ｐ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ｃ ｌ ｙ ｕ ｄ ｎ ｏ ｅ ｉ ｈ ｃ ｕ ｓ ｆｐ ａ ｔ ａ ｒ ｃ ｓ ． ｏ ｒｅ ｏ ｒ ｃ ｉｌ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｔ ａ ｅ ａ ｂ ｎ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｃ ｉ ｔｄ ｃ ｒ ｏ ｂ ｏ ｉ ；ｗ ｓｅ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ；ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｑ ａｉ ｎ ｖ ｐ ｏ ａ ｔｗ ｔｒ ｔ ａｍｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｒ ｆ ｌ ａ ｏ
粉末活性炭处理反渗透浓水的吸附模型
排放 的需 求 日益 增 长 。双 膜 工 艺 （ 滤／ 滤一 渗 微 超 反
透） 污水 资源 化 的典 型工艺 ， 以从 废 水 中获 得 约 是 可
排 放 、 合 利用 、 发 浓缩 以及去 除污 染 物 （ 综 蒸 吸附 、 生 物 处理 、 焚烧 、 高级 氧化 等方 式） 。 Ⅲ
Ａｄｓ ｒ ｔｏ ｏ ｌｏ ｖ ｒ ｅ Ｏｓ ｏ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｉ ｎ Ｍ ｄｅ ｆ Ｒｅ ｅ ｓ ｍ ｓｓ Ｃｏ ｃ ｎｔ ａ ｅ
Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｂ ｗｄ ｒ ｄ Ａｃ ｉ ａ ｅ ｒ ｏ ｅ ｔ ｎ ｙ Ｐｏ ｅ ｅ ｔｖ ｔ ｄ Ｃａ ｂ ｎ
率 分别 为 ６ ． 和 ８ ． 。 可见 ， Ｍ 模 型在设 计 范 围 内较好 的预 测 了 ｃ Ｄ和 ｕＶ 的去 除率 ， ５３ １８ Ｒｓ Ｏ
能 为 工 程 实践 提 供 全 面 可 靠 的数 末 活性炭 ； 附等 温 线 ； 附动 力 学 ； 反 粉 吸 吸 响应 曲面法 中 图分类 号 ： ０ ． Ｘ７ ３ １ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ：６ ４４ ６ （ ０ １ ０ —１ ９０ １ ７ —７ ４ ２ １ ）６０ ２ —６
ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｈｅ ＰＡＣ ｓ ｇｅ ｄｏ ａ ｗａ ０ ｇ ・ Ｌ一 ａ ｄ ｏ ｐｔｏｎ ｉ ｅ ｗａ ５ ｒ ｉ ｓ ．９ ｎｄ ａ ｓ ｒ ｉ ｔｍ ｓ ０ ａ ｎ． Ｉ ｉ ｓ ｏ ｔ Ｓ ｈ ｗｎ ＲＳＭ ｍｏ ｌ ａ ｄｅ ｓ ｃ ｎ ｐ ｅ ｃ ｒ ｄｉｔ ＣＯＤ ａ Ｕ Ｖ２ ４ ｅ ｖａ ｖ ｒ ｗｅｌ ｎ ｈ ｄｅ ｉ ｒ ｎ ｎｄ ５ ｒ ｍｏ ｌ ｅ ｙ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓｇｎ ａ ｇｅ， ｗｈｉｈ ｃ ｐｒ ｖ ｄ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｎ ｉ ａ ｏ ｉ ｅ ａ ｏ ｒ ｈｅ ｓｖｅ ｎｄ ｒ ｌａ ｅ ｄａ ａ ｂ ｓｓ ｆ ｒ ｅ ｇｉ ｅ ｒ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｎ． ｅ ｉｂｌ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｐｌｃ ｔｏ
活性炭的应用及发展
（一）组成、结构与性质
组成
4
结构及孔的形状
结构：活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的 碳原子平面层组成，这些平面层的排列不是类似 于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺 层状结构”。
孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝 孔、墨水瓶孔
分类
1（按孔径） 微孔（r < 2 nm） 气相吸附 中孔（2 nm < r < 50 nm） 液相吸附，催化剂载体 大孔（r > 50 nm） 作为通道
谢 谢！
32
活性炭的发展及应用
1
主要内容
一、活性炭的简介 二、活性炭的制备 三、活性炭的表征 四、活性炭的应用 五、新型的碳材料
22
一、活性炭的简介
活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔 隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学 稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等 特点。广泛应用化学工业、食品加工、医疗卫 生、农业、国防等领域 。
（b）物理碳，以水蒸气，CO2等为活化剂 制备的活性炭
7
（二）国内外发展现状
国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本 等。世界活性炭的年产量约70万吨，其中一半 以上是由美国、日本及西欧经济共同体等工业 国生产。欧美等发达国家在活性炭制造技术方 面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化 制造体系。而且对制造新工艺的研究与活性炭 微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了 品种的专用化和多样化。
5
2 按形状分
3 按原料分
（a）植物类原料活性炭：木材、椰壳、核 桃壳、杏核、竹材、稻草等。
6
（b）矿物类原料活性炭:煤、石油焦、煤焦 油、煤沥青、石油残渣、石油沥青等。 (c)其他原料活性炭：塑料类、纸浆废液、旧 轮胎、动物骨、蔗糖、糖蜜等。
实验三 活性炭吸附实验--吸附等温式的确定
二、实验原理
三、实验装置与设备
（一）实验装置 本实验采用间歇性吸附操作， 即用三角烧杯装入活性炭和水样进行振荡的方 法。
（二）实验仪器及药剂 1．振荡器 1台 2．颗粒状活性炭 500g 3．分光光度计 1套 4．温度计（刻度0－100℃） 1支、 5、亚甲兰溶液： 10mg/L
4．从吸附等温线上求出K、n值，代入公式求 出弗罗德里希吸附等温式。
实验温度：
气压：
溶液pH：
样品编号
1
23
4
5
亚甲兰初浓度C0 （mg/L）
10 10 10 10 10
活性炭粉末重m（g/L）0
5
10
15
20
亚甲兰平衡浓度C （mg/L）
lg C
吸附亚甲兰量 x（mg）
qe＝x/m g qe
线图。
吸附平衡与吸附等温式
1、Langmuir朗格缪尔等温式
Langmuir假设：（1）吸附剂表面均一，各处的吸附能相同； （2）吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸 附量达到最大值。
（3）被吸附分子之间没有作用力。
取倒数
2、Freundlich弗劳德利希吸附等温式
qe = K Ce1/n
实验三 活性炭吸附实验
---弗罗德里希吸附等温式的确定
Freundlich弗劳德利希吸附等温式
qe = K Ce1/n
K——Freundlich吸附常数; Ce——平衡浓度，mg/L。 n——常数，通常n>1.
吸附原理
吸附的分类与机理
没有选择性
物理吸附
靠分子间力产生的吸附
多分子层吸附
吸附剂的比表面积 和细孔分布影响大
活性炭原理图
活性炭原理图活性炭，又称活性炭，是一种具有高度微孔结构的碳质吸附剂，广泛应用于水处理、空气净化、工业生产和医药领域。
活性炭的原理图可以帮助我们更好地了解它的工作原理和应用方式。
首先，活性炭的原理图可以展示其微孔结构。
活性炭具有丰富的微孔结构，这些微孔可以提供大量的吸附表面积，从而使其具有很强的吸附能力。
这些微孔可以吸附水中的有机物、重金属离子和其他污染物质，从而起到净化水质的作用。
其次，活性炭的原理图还可以展示其吸附原理。
活性炭的吸附是通过物理吸附和化学吸附来实现的。
物理吸附是指污染物质通过范德华力等物理作用力被吸附在活性炭的微孔表面上，而化学吸附则是指污染物质与活性炭表面发生化学反应而被吸附。
这些吸附作用使得活性炭可以有效地去除水中的有机物、氯气、臭味等污染物质。
此外，活性炭的原理图还可以展示其再生和回收利用的过程。
活性炭在使用一段时间后会饱和，需要进行再生处理才能继续使用。
再生的过程可以通过高温蒸汽、化学方法等方式来实现，将吸附在活性炭上的污染物质去除，从而实现活性炭的再生。
再生后的活性炭可以继续使用，也可以进行回收利用，降低了资源的浪费。
最后，活性炭的原理图还可以展示其在不同领域的应用。
活性炭广泛应用于水处理领域，可以用于净化自来水、处理工业废水等；在空气净化领域，可以用于去除室内空气中的有害气体和异味；在医药领域，可以用于制备药物、净化药水等。
活性炭的应用可以通过原理图清晰地展现出来，使人们更加直观地了解其在各个领域的作用和价值。
综上所述，活性炭的原理图可以帮助我们更好地了解其微孔结构、吸附原理、再生回收和应用领域等方面的信息，为我们深入学习和应用活性炭提供了重要的参考。
活性炭作为一种重要的环保材料，其原理图的学习和应用将对环境保护和资源利用起到积极的促进作用。
活性炭吸附PPT课件
生物法
→
药剂再生法
低温
（1）加热再生法
高温
高温加热法：脱水→干燥→碳化→活化→冷却
脱水：使活性炭和输送液体进行分离。
干燥：加温到100~150 0C
时挥发低沸 点有机物。
,将细孔中的水分蒸发，同
碳化：加热到 300~700 ，高沸点有机物由于热分解，一部分 成为低沸点的有机物进行挥发；另一部分碳化，留在活性炭的细孔 中。
活性炭吸附
吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。分为 物理吸附和化学吸附。
物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。
化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学作用，由于化学键力引起 的。
废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、活化酶、沸石、活性 白土、硅藻土、焦炭、木炭、木屑等。
表示I型等温式有浪缪尔公式和费兰德利希公式，表示II型吸附等温式 有BET公式。
（1）朗缪尔公式从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导的单分 子公式
q=abC/(1+aC)
式中a,b为常数
C为吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度g/L。
为计算方便，将上式改为导数式1，即：1 • 1 1 q ab C b
降流式固定床型吸附塔示意图
（2）移动床
原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的 水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸附饱和的吸附 剂从塔底间歇的排除。
五 活性炭柱试验
炭柱在未出现出水泄漏之前存在三个区：失效区、吸附区和未
利用区，随着过滤的进行，吸附区保持固定的高度向下推移。 泄漏曲线的形状与进水水质、滤速及炭床高度有关，当v、
比表面积：每克吸附剂所具有的表面积。活性炭的比表面积可达 500~1700m2/g，其中小孔占95%。 使活性炭具有吸附功能的是小孔，大孔的作用是将溶液导入，使 其进入小孔的吸附功能区。
活性炭吸附水中酸性红b的动力学模型研究
活性炭吸附水中酸性红b的动力学模型研究活性炭吸附是一种重要的环境保护技术，其中吸附剂常用于吸附水中污染物，包括重金属离子、有机污染物、有机酸类和酸性红b (AR)。
有许多研究表明，在正常的活性炭吸附条件下，AR的去除率可以达到90％或更多。
尽管许多只针对于某种特定类型的污染物的活性炭吸附动力学方法已经被研究，但是用于研究活性炭吸附水中酸性红b 的动力学模型尚属鲜见。
为此，本研究利用紫外可见分光光度计（UV-VIS），测定了活性炭吸附水中AR的动力学模型。
该研究的实验由一系列步骤组成：首先，根据要求配制AR溶液，然后添加活性炭；其次，收集吸附前和吸附后的AR溶液样本，并在分光光度计中测定吸附率；最后，根据得到的数据，建立活性炭吸附水中AR的动力学模型。
结果表明，活性炭吸附水中AR的动力学模型可以表示为有限容量和前驱反应的结合系统，其中AR的吸附率可以用一个二阶的动力学方程来描述，表达式为：k1*C0/(k2+C0)，其中k1、k2分别表示有限容量模型和前驱反应模型的参数，C0表示AR的初始浓度。
活性炭吸附水中AR的动力学模型研究表明，AR在这种活性炭吸附系统中的去除率可以达到90％以上，且与反应时间和活性炭颗粒体积浓度之间呈正相关，即AR的去除率随着反应时间和活性炭颗粒体积浓度的增加而增加。
此外，本研究还发现，活性炭的比表面积也影响着AR的吸附率，比表面积越大，AR的去除率就越高。
综上所述，本研究为活性炭吸附水中AR的动力学模型研究奠定了基础，研究的结果对提高AR的去除率和减少污染物对环境的影响具有重要意义。
毫无疑问，本研究也存在一些局限性。
首先，本研究仅研究了一种特定污染物，尽管本研究的结果可以推广到其他污染物，但是必须在相同的实验条件下进行。
此外，本研究仅考虑了若干变量对AR的动力学模型的影响，还有许多其他因素也需要进一步研究。
因此，本研究为推进活性炭吸附水中AR的动力学模型的研究提供了重要的理论基础，并且可以为后续的污染物去除研究、水处理技术开发以及环境保护措施的制定提供参考。
第三章 活性炭吸附
第三章活性炭吸附本章重点：活性炭性能的烧杯搅拌试验结果与吸附柱的生产运行结果之间的逻辑基础。
§3-1 活性炭的性能1.活性炭的来源活性炭几乎可以用含有碳的任何物质做原料来制造，这包括木材、锯末、煤、泥炭、果壳、果核、蔗渣、骨、石油焦、皮革废物、纸厂废物等等。
2.活性炭的制作活性炭的制作分碳化及活化两步。
2.1碳化（1）碳化的定义碳化也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热，一般温度在600℃以下。
有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。
（2）碳化的作用①使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等气体；②使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。
这些碎片可能是由一些微晶体组成。
微晶体是由两片以上的、有碳原子以六角晶格排列的片状结构堆积而成。
但堆积无固定的晶型。
微晶体的大小和原材料的成份和结构有关，并受碳化温度的影响，大致是随碳化温度的升高而增大的。
碳化后微晶体边界原子上还附有一些残余的碳氢化合物。
2.2活化（1）活化的定义活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。
当氧化过程的温度在800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂；当氧化温度在600℃以下时，一般用空气做氧化剂。
（2）活化的作用对于活化过程所起的作用，目前只有大致的理解。
在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。
活化使活性炭变成一种良好的多孔结构，碳化及活化后的晶体片状结构示意见图3-1。
图3—1 活性炭的微晶片结构示意图3.活性炭的影响因素活性炭对于某一种物质的吸附能力与活性炭的原材料性质、碳化及活化的整个过程、吸附的环境因素以及再生操作过程都有密切的关系。
（1）与活性炭吸附能力最直接的因素是表面的氧化物复体的性能。
最简单的复体可以认为是一氧化碳和二氧化碳的复体。
（2）活性炭表面氧化物的成分主要受活化过程的影响。
一般在300-500℃以下用湿空气制造的活性炭中，酸性氧化物占优势；而在800-900℃以下，用空气、蒸汽或二氧化碳为活化氧化剂所制造的活性炭中，碱性氧化物占优势。
活性炭的饱和压差计算公式
活性炭的饱和压差计算公式活性炭是一种具有高度吸附能力的多孔材料，常用于水处理、空气净化等领域。
在实际应用中，我们需要了解活性炭的吸附性能，其中一个重要参数就是饱和压差。
饱和压差是指活性炭在吸附一定量气体或液体后，其内部压力与外部压力之间的差值。
了解活性炭的饱和压差有助于我们评估其吸附性能，并为实际应用提供参考依据。
饱和压差是活性炭吸附性能的重要指标之一，其计算公式可以通过理论推导和实验测定得到。
下面我们将介绍活性炭饱和压差的计算公式及其相关内容。
首先，我们来看一下活性炭饱和压差的计算公式。
活性炭饱和压差的计算公式可以用Langmuir等温吸附方程来表示，其一般形式为：ΔP = RT/VM ln(1/C)。
其中，ΔP表示饱和压差，R为气体常数，T为温度，V为活性炭的孔容，M为被吸附气体的摩尔质量，C为被吸附气体的平衡浓度。
在这个公式中，Langmuir等温吸附方程是描述气体在活性炭上吸附行为的经典模型。
该模型假设活性炭表面上存在一定数量的吸附位点，气体分子首先吸附到这些位点上，然后形成多层吸附。
Langmuir等温吸附方程通过平衡浓度和吸附压力之间的关系，描述了活性炭吸附行为的特征。
在实际应用中，我们可以通过实验测定活性炭的饱和压差。
首先，我们需要选择一种气体或液体作为被吸附物质，然后将活性炭置于一定的温度和压力条件下，测定其饱和吸附量和饱和压差。
通过实验数据，我们可以利用上述公式计算出活性炭的饱和压差，从而评估其吸附性能。
除了Langmuir等温吸附方程，还有其他一些模型和方法可以用来描述活性炭的吸附行为和计算饱和压差，例如Freundlich等温吸附方程、Dubinin-Radushkevich等温吸附方程等。
这些模型和方法在不同情况下可能更适用，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的模型和方法。
除了理论计算，我们还可以通过数值模拟和实验测定来评估活性炭的饱和压差。
数值模拟可以通过计算机模拟活性炭的吸附过程，得到吸附量和饱和压差等参数。
甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究
文章编号:0253⁃2409(2013)03⁃0380⁃05 收稿日期:2012⁃08⁃30;修回日期:2012⁃11⁃21㊂ 基金项目:福建省自然科学基金(2011J 01324);福建省高等学校新世纪优秀人才计划支持计划(Z 80136);福建省属高校专项课题(JK 2010030)㊂ 联系作者:郑青榕(1967⁃),男,博士,教授,主要从事燃气吸附存储㊁吸附制冷方面的研究㊂E⁃mail :zhengqr @ ㊂甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究高 帅,郑青榕(集美大学轮机工程学院,福建省船舶与海洋工程重点实验室,福建厦门 361021)摘 要:比较吸附模型分析甲烷在活性炭上吸附平衡的适用性,为吸附式天然气(ANG )的工程应用提供准确的预测模型㊂基于在温度268.15~338.15K ㊁压力0~12.5MPa 测试的甲烷在Ajax 活性炭上的吸附平衡数据,选择Langmuir ㊁Langmuir⁃Freundlich 和Toth 方程,应用非线性回归拟合方程参数后,确定绝对吸附量和甲烷吸附相态,并比较方程在不同压力区域内的预测精度㊂结果表明,甲烷吸附相密度随平衡温度和压力变化;由绝对吸附量确定的甲烷在Ajax 活性炭上的平均等量吸附热为15.72kJ /mol ,小于由过剩吸附量的标绘结果;Langmuir ㊁Langmuir⁃Freundlich 和Toth 方程预测结果在0~0.025MPa 的累积相对误差为6.4498%㊁7.9184%和0.9100%,在1~10MPa 为0.4911%㊁0.1613%和0.3694%㊂Toth 方程在整个压力范围内的预测结果最为准确,但Langmuir⁃Freundlich 方程在较高压力区域内具有较高的预测精度㊂关键词:吸附平衡;甲烷;活性炭;模型中图分类号:TQ 028 文献标识码:AComparisons of adsorption models formethane adsorption equilibrium on activated carbonGAO Shuai ,ZHENG Qing⁃rong(Provincial Key Laboratory of Naval Architecture &Ocean Engineering ,Institute of Marine Engineering ,Jimei University ,Xiamen 361021,China )Abstract :Comparisons of accuracies of adsorption models in predicting adsorption data of supercritical methane on activated carbon were carried out for practical application of adsorption of natural gas (ANG ).Ajax activated carbon was selected as an adsorbent ,six isotherms of excess adsorption amount of methane were measured at temperature from 268.15K to 338.15K and pressure up to 12.5MPa.Parameters of Langmuir ,Langmuir⁃Freundlich and Toth equations were firstly set by the linear fit of adsorption data ,absolute amounts and densities of the adsorbed phase of supercritical methane were then determined by the modified models.Isosteric heats of methane adsorption on Ajax activated carbon were determined by adsorption isosteres on the absolute parisons were made between experimental data and those predicted by models.Results showed that the adsorbed phase densities of supercritical methane on the activated carbon varied with equilibrium temperatures and pressures ,the mean value of isosteric heat of adsorption set by absolute amounts was 15.72kJ /mol ,which was smaller than that plotted from the excess amounts.The relative errors between the experimental data and those predicted by Langmuir ,Langmuir⁃Freundlich and Toth equations varied with the pressure ,The accumulated relative errors were respectively 6.4498%,7.9184%and 0.9100%at lower pressure range from 0to 0.025MPa ,but will respectively be 0.4911%,0.1613%and 0.3694%while pressure was in range of 1~10MPa .Toth equation performed well in predicting the equilibrium data in the whole pressure range ,but the results from Langmuir⁃Freundlich equation had higher prediction accuracies while the pressure got higher.Key words :adsorption equilibrium ;methane ;activated carbon ;model 由于测试原理和装置结构简单,在确保压力变送器和温控仪器的精度后,静态容积法被广泛应用于甲烷在活性炭上吸附等温线的测试[1~4]㊂然而,由于通过容积法测定的为甲烷在活性炭上的过剩吸附量,而吸附式天然气(ANG )工程实际应用的为绝对吸附量,因而选择合适的理论模型㊁实现过剩吸附量与绝对吸附量之间的准确换算极为关键㊂根据Gibbs 关于吸附的定义,过剩吸附量转换为绝对吸附量关键在于确定吸附相态[5]㊂吸附质在亚临界温度区域时的吸附相可视为液相,但对于发生在超临界温度区域的气体高压吸附,对其吸附相态还存在不同的论述[5~9],由此影响确定绝对吸附等温线的精度㊂考虑到Langmuir 系列方程和Toth 等半经验方程,在不对吸附相态作假设的前提第41卷第3期2013年3月燃 料 化 学 学 报Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol.41No.3Mar.2013下,就可通过实验数据的非线性回归,确定方程参数并直接预测绝对吸附量,此方法在分析超临界温度气体吸附平衡的应用中受到重视[3,9,10]㊂然而,经验方程都有其适用范围,必须比较方程在工程实际应用范围内的预测精度㊂针对上述问题,本研究应用甲烷在Ajax 活性炭上测得的过剩吸附等温线,选择Langmuir ㊁Langmuir⁃Freundlich 和Toth 方程,通过过剩吸附量非线性拟合吸附等温模型参数,在比较模型预测精度后,计算甲烷在Ajax 活性炭上的绝对吸附等温线,并由绝对吸附量的等量吸附线标绘确定等量吸附热㊂1 实验部分由Micromeritics ASAP 2020M 全自动吸附仪于低温液氮浴中测定77K 氮气的吸附等温线,由BET 法和非局域密度泛函理论(NDFT )计算确定的Ajax 活性炭的孔径分布(PSD ),具体见图1㊂图1 由77K 氮在Ajax 活性炭上的吸附数据确定的孔径分布Figure 1 Pore size distribution of Ajax activated carbondetermined by analysis of adsorptionisotherm of nitrogen at 77K 应用静态容积法测试甲烷在Ajax 活性炭上的吸附平衡数据,样品测试量为13.3g ,实验压力低于130kPa 时用检测精度为0.08%的MKS Baratron 压力变送器检测系统压力,压力高于130kPa 时,系统压力检测转换为Druck Keller 33X 压力变送器㊂压力变送器检测盒腔的温度维持在40℃,检测精度为0.01%㊂计算吸附量时,甲烷密度计算选用Setzmann 和Wagner 提出的状态方程[11],在温度268.15~338.15K ㊁压力0~12.5MPa 测得的过剩吸附等温线,见图2,更多实验信息参阅文献[2,3,12]㊂由图2可知,温度对甲烷在活性炭上吸附的影响明显㊂在较高温度区域,由于吸附量较小,吸附等温线呈现为I 型等温线;而在温度较低区域,随着压力升高,等温线出现了最大点,体现了超临界温度气体过剩吸附等温线的特征㊂图2 甲烷在Ajax 活性炭上的过剩吸附等温线Figure 2 Isotherms of excess amount of methaneadsorption on Ajax activated carbon2 吸附模型分析根据Gibbs 关于吸附的定义,绝对吸附量m abs和过剩吸附量m exc 具有如下关系[6]:m abs =ρg ㊃v a +m exc(1)式中,ρg 为吸附质的本体气相密度,v a 为吸附相比容㊂由式(1)可知,m exc 与m abs 之间的换算必须先确定v a ㊂显然,若通过经验公式计算或对超临界温度甲烷吸附相态作假设,可以由式(1)直接计算出绝对吸附量,但由于应用范围的变化,也可能带来较大的预测误差[13]㊂此外,由于在温度恒定条件下,超临界温度气体的吸附相密度可认为仅随压力变化,绝对吸附量m abs 也可由描述I 型等温线的Langmuir ㊁Langmuir⁃Freundlich 和Toth 方程来计算[9]㊂Langmuir ㊁Langmuir⁃Freundlich 和Toth 方程分别为:m abs =m m bf 1+bf(2a )m abs =m m ()bf t1+()bf t(2b )m abs =m mbf1+()bf []t 1t(2c )式中,m m 为吸附质在吸附剂上的饱和吸附量;f 为与平衡压力对应的逸度,对于实验范围内的甲烷逸度f 采用SRK 方程计算[14];t 为反映吸附剂表面能量不均匀性的系数㊂m m ㊁b ㊁t ㊁v a 可通过Matlab 对吸附平衡数据非线性拟合确定㊂Re sidual =183第3期高 帅等:甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究∑j m mbf 1+(bf )[]t 1t -ρg v éëêêùûúúa j -m exc ,{}j 2(3)吸附相密度ρa 可表示为:ρa =m abs v a(4)ρa 确定后,可由下式推算过剩吸附量m exc⁃predicted =m abs -ρg v a =(ρa -ρg )v a=m abs 1-ρg /ρ()a (5)式中,m exc⁃predicted 为过剩吸附量预测值㊂吸附模型预测结果的相对误差ε为:ε=m exc⁃predicted -m exc⁃experimentm exc⁃experiment×100%(6)式中,m exc⁃experiment 为过剩吸附量实验值㊂由于恒温槽在273.15K 时的控温精度最高,更能保证实验数据的可靠性,为此选用273.15K 时的吸附平衡数据,分别由式(2a )㊁(2b )㊁(2c )非线性拟合确定方程参数,再由式(6)计算确定的相对误差结果见图3㊂图3 273.15K 时模型预测甲烷在Ajax 活性炭上不同压力区域过剩吸附量的相对误差Figure 3 Relative error between excess amounts from experiments and those from adsorption models ofmethane adsorption on Ajax activated carbon at 273.15K within different pressure regions (a ):0~0.025MPa ;(b ):0.025~0.120MPa ;(c ):0.12~1.00MPa ;(d ):1~10MPa○:Langmuir ;△:Langmuir⁃Freundlich ;□:Toth 考虑到甲烷在活性炭上吸附的工程应用背景,分不同压力区段比较了方程预测结果的相对误差,见图3㊂由图3确定的模型预测结果的累计相对误差见表1㊂由表1可知,在整个测试压力范围内,Toth 方程㊁Langmuir⁃Freundlich 方程和Langmuir 方程预测结果的累计相对误差为1.4654%㊁8.2895%和10.2237%㊂显然,从总体来看,Toth 方程的预测精度最高,但Langmuir⁃Freundlich 方程在1~10MPa 时具有较高的预测精度㊂与此同时,对其余五组吸附数据分析也可得出类似的结论㊂3 数据分析3.1 绝对吸附量和吸附相密度进一步应用Toth 方程分析实验数据,结果见图4㊂由图4可知,相同压力下,随温度升高,绝对吸附量和过剩吸附量减少,吸附相密度随绝对吸附量减少而逐渐变小㊂显然,超临界温度甲烷在活性炭上的吸附相密度与温度和压力有关㊂283 燃 料 化 学 学 报第41卷表1 273.15K 时模型预测结果在不同压力区域内的累积相对误差Table 1 Accumulated relative errors of predicted results of adsorption models at 273.15K within different pressure regions Adsorption modelAccumulated relative error ε/%0~0.025MPa 0.025~0.120MPa0.12~1.00MPa1~10MPa 0~10MPa Langmuir 6.44982.90410.37870.491110.2237Langmuir⁃Freundlich7.91840.14580.06400.16138.2895Toth0.91000.15630.02960.36941.4654图4 甲烷在Ajax 活性炭上的绝对吸附等温线㊁过剩吸附等温线及吸附相密度Figure 4 Isotherms of absolute and excess amount as well as the adsorbedphase densities of methane adsorption on Ajax activated carbon (a ):adsorption isotherms ;(b ):adsorbed phase densities■:268.15K ;▲:273.15K ;◀:278.15K ;◆:328.15K ;●:333.15K ;▼:338.15K□:abs 268.15K ;△:abs 273.15K ;◁:abs 278.15K ;◇:abs 328.15K ;○:abs 333.15K ;▽:abs 338.15K:liquid density3.2 等量吸附热等量吸附热q st 目前主要由过剩吸附量标绘确定,然而超临界甲烷在活性炭上的过剩吸附等温线随平衡压力的增大出现最大点,过剩吸附量的等量吸附线标绘结果无法准确反映吸附质在吸附过程中的热效应[8]㊂由Clausius⁃Clapeyron 方程可确定q stdln pd ()Tn=q stRT 2(7)式中,m 为吸附质在单位质量吸附剂上的吸附量,R 为通用气体常数,T 为温度㊂在实际状态下,必须应用与压力p 对应的逸度f 以减少误差,q st =-ΔH =-Rdln f d(1/T [])n(8)式中,ΔH 为气相与吸附相的摩尔焓差;f 为与平衡压力对应的逸度,也采用SRK 方程计算[14]㊂在0.5~7.0mmol /g 以0.5mmol /g 为间隔取14个绝对吸附量值,在不同绝对吸附量下以ln f 对1/T 进行标绘,得到一组等量吸附线,见图5㊂由图5可知,绝对吸附量一定时,ln f 与1/T 成线性关系,求出其斜率后可由方程(8)计算等量吸附热,结果见图6㊂由图6可知,由绝对吸附量确定的甲烷在Ajax 活性炭上的等量吸附热为13.90~18.26kJ /mol ,平均值为15.72kJ /mol ㊂而由过剩吸附量确定的甲烷在Ajax 活性炭上的等量吸附热为16.25~21.50kJ /mol ,平均值为18.10kJ /mol [12]㊂图5 甲烷在Ajax 活性炭上的绝对吸附等量线Figure 5 Adsorption isosteres of methane on Ajax activatedcarbon determined by absolute adsorption amounts383第3期高 帅等:甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究图6 由绝对吸附量标绘确定的甲烷在Ajax 活性炭上的等量吸附热Figure 6 Isosteric heat of methane adsorption on Ajax activated carbon determined by adsorptionisosteres of absolute adsorption amounts4 结 论超临界甲烷在Ajax 活性炭上的吸附相密度与平衡温度和压力有关㊂同一温度下,超临界甲烷吸附相密度随压力升高而增大并逐渐接近液相密度;在相同压力下,随着温度升高,超临界甲烷吸附相密度逐渐减小㊂在整个实验范围内,Toth 方程在预测甲烷在Ajax 活性炭上吸附平衡数据时的累计相对误差为1.4654%,预测精度最高㊂但在1~10MPa 时,Langmuir⁃Freundlich 方程预测结果的累计相对误差为0.1613%,具有较高的预测精度㊂ANG 工程应用中的压力为3.5~6.0MPa ,可选用Toth 方程作为工程预测的计算模型㊂由绝对吸附量确定的甲烷在活性炭上的等量吸附热低于由过剩吸附量确定的数值㊂甲烷在Ajax 活性炭上的由绝对吸附量确定的等量吸附热为13.90~18.26kJ /mol ,平均值为15.72kJ /mol ㊂由过剩吸附量确定的等量吸附热为16.25~21.50kJ /mol ,平均值为18.10kJ /mol ㊂参考文献[1] 周理,李明,周亚平.超临界甲烷在高比表面活性炭上的吸附测量及理论分析[J ].中国科学(B 辑),2000,30(1):49⁃56.(ZHOU Li ,LI Ming ,ZHOU Ya⁃ping.Measurement and theoretical analysis of supercritical methane high specific surface area activated carbon adsorption [J ].Science in China (Series B ),2000,30(1):49⁃56.)[2] BIRKETT G ,DO D D.New method to determine PSD using supercritical adsorption :Applied to methane adsorption in activated carbon [J ].Langmuir ,2006,22(18):7622⁃7630.[3] 郑青榕,廖海峰,解晨,智会杰.超临界甲烷在活性炭上的吸附平衡分析[J ].燃料化学学报,2012,40(7):892⁃896.(ZHENG Qing⁃rong ,LIAO Hai⁃feng ,JIE Chen ,ZHI Hui⁃jie.Adsorption equilibrium of supercritical methane on activated carbon [J ].Journal of Fuel Chemistry and Technology ,2012,40(7):892⁃896.)[4] 孙艳.多孔介质储气研究[D ].天津:天津大学,2007.(SUN Yan.Studies on gas storage in porous media [D ].Tianjin :Tianjin University ,2007.)[5] DO D D ,DO H D.Appropriate volumes for adsorption isotherm studies :The absolute void volume ,accessible pore volume and enclosingparticle volume [J ].Journal of Colloid and Interface Science ,2007,316(2):317⁃330.[6] OZAWA S ,KUSUMI S ,OGINO Y.Physical adsorption of gases at high pressure [J ].Journal of Colloid and Interface Science ,1976,56(1):83⁃91.[7] LI M ,GU A Z ,LU X S ,WANG R S.Determination of the adsorbate density from supercritical gas adsorption equilibrium data [J ].Carbon ,2003,41(3):585⁃588.[8] PAGGIARO R ,MICHL F ,BE′NARD P.Cryo⁃adsorptive hydrogen storage on activated carbon.II :Investigation of the thermal effects duringfilling at cryogenic temperatures [J ].International Journal of Hydrogen Energy ,2010,35(2):648⁃659.[9] DO D D ,DO H 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活性碳吸附模型
用纯度99.5%的S02、NO 和空气、水蒸气模拟烟气，实验系统如图1 所示。
S02、NO 、空气和5%的水蒸气的混合气体经玻璃球填料层加 热到（100~110）,从下往上穿 过活性炭 层,混合气 流流量（标准状 态）0.5m3 /h 。
吸附柱用石英管制作，长1.2m,石英管外用管式电炉加热 混合气体和维持床层温度。
床层直径 36mm,高度400mm ,口 '门浓度•研究活性炭颗粒直径八门浓度对床层穿 透时间的影响•实验结果如图2所示◎在相同气体流速下，进口 SO2浓度0.3%,改变进口 NO 浓度，研究活性炭颗粒直径、NO 浓度对床层穿透时间的影响，实验结果如图2所示。
图2 NO 浓度对穿透时间的影响画丄“浓度对穿透时间的影晌=E盏5®徐当气流中有NO存在时，床层穿透时间增加,NO促进了活性炭对SO2 的吸附作用。
与分子筛不同，活性炭微孔的孔径分布很宽，因此活性炭可以吸附多种直径不同的分子。
活性炭对NO的吸附包括物理吸附和化学吸附。
根据吸附理论,SO2的沸点比NO高,因而更容易被活性炭吸附。
物理吸附的NO将被SO2置换解析，不会影响活性炭对SO2的吸附。
但是化学吸附的NO 不能被SO2 置换解析。
在活性炭微孔内, 由于活性炭表面官能团的作用,部分NO 在活性中心上被氧化成NO2,NO2 溶于水生成HNO3 和HNO2 。
在NO 存在的条件下, 床层穿透时间增加,实验结果表明无论是物理吸附的NO,还是化学吸附的NO,都不会单独占据活性炭吸附SO2的有效表面。
床层穿透时间增加说明，在同一个活性中心上,SO2和NO都不会单独占据活性中心。
与SO2和NO在粉煤灰和Na/ AI2O3上的吸附作用类似根据对煤基活性炭选择性吸附SO2、NO的实验研究，得出以下结论：(1) 活性炭对SO2、NO 的吸附具有一定的选择性。
(2)在实验条件下,物理吸附的NO被SO2置换解析，化学吸附的NO被氧化成NO2,吸附态的SO2、NO 形成了新的吸附态中间产物。
活性炭吸附实验
实验二 活性炭吸附实验一、实验目的1.通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能；2.掌握间歇式活性炭吸附工艺处理污水确定设计参数的方法； 二、实验原理活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。
活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭与内部分子吸附质分子通过分子间力产生的吸附，称为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。
活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，此时的动态平衡称为活性炭吸附平衡。
而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。
活性炭的吸附能力以吸附量q 表示MXM )C C (V q 0=-=式中：q ——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质质量，g/g V ——污水体积，LC 0,C ——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的污染物浓度，g/L X ——被吸附物质量，g M---活性炭投加量，g在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用费兰德利希经验式加以表达。
q=K ·C 1/nq ——活性炭吸附量。
g/g C ——被吸附物质平衡浓度，g/LK,n ——与溶液的温度、pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
将费兰德利希经验式取对数后变换为下式： lgq=lgK+1/nlgC将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n ，截距为K ，即可求得K 和n 。
三、实验设备与试剂1.间歇式活性炭吸附实验装置2.六联搅拌器1台或磁力振荡器3.250ml 锥形瓶5个4.粉末活性炭5.烘箱6.COD 、色度测定分析装置、滤纸7.配水 四、实验步骤1.将某污水用滤纸过滤，去除水中悬浮物或自配污水，测定该污水的COD 、色度等值。
苯酚在活性炭上的吸附模型
基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(50925417)；国家自然科学基金重点项目(50830301)；湖南省研究生科研创新项目(CX2010B121) 收稿日期：2011-10-18；修订日期：2012-03-20 通信作者：王云燕，副教授，博士；电话：0731-88830577；E-mail: wyy@
1 实验
1.1 苯酚废水 模拟苯酚废水：称取 1.35 g 苯酚溶于 1000 mL 水 中，总有机碳 (TOC) 浓度为 950 mg/L ，化学需氧量 (COD)浓度为 2 850 mg/L，pH 值为 6.5。
2926
中国有色金属学报
2012 年 10 月
程 (pseudo-second-order) 对活性炭吸附动力学行为进 行拟合[14]，得到相关系数分别为 0.984 2、0996 3，其 他拟合结果见表 1。
，没有对苯酚吸附过程进行深入
研究，无法清楚地解释苯酚的吸附机理，影响该工艺 的研究和应用。本文作者在查明活性炭吸附苯酚行为 的过程后，由吸附热力学、吸附动力学及吸附不同浓 度苯酚后活性炭的红外光谱图推测出活性炭吸附苯酚 的模型，为苯酚吸附工艺过程的优化和吸附机理的探 讨提供理论依据。
2 结果与讨论
2.1 吸附动力学 在活性炭投加量 0.5 g， 温度 20 ℃， 苯酚浓度 1.35 g/L 时，吸附量随反应时间的变化如图 1 所示。由图 1 可看出，随着时间的增加，活性炭吸附苯酚的量在 70 min 时逐渐达到平衡，为了保证活性炭吸附苯酚能达 到饱和，采取的吸附时间为 120 min。 在活性炭吸附剂吸附苯酚的动力学研究中，分别 用一级动力学方程(Pseudo-first-order)和二级动力学方
120.958
活性炭比表面积计算公式
活性炭比表面积计算公式
活性炭比表面积（BET）是气体吸附作用中使用的一种重要参数，它反映了活性炭的比表面积和化学性质，这是非常重要的物理性状。
BET理论（派特尔-瑞德安理论）通过调整气体吸脱过程，以获取均一分布的恒定吸附峰，从而提高了活性炭的比表面积和吸附能力两个因素。
BET公式为：
BET比表面积（BET）= 1/V_m × N_m × 10^5
其中，V_m为单位重量的活性炭的容积（cm³/g），N_m为活性炭中气体分子的吸收能力（cm³/g），10^5为单位转换系数（cm²/g）。
BET公式的计算是根据派特尔-瑞德安模型的假设实现的，它们是活性炭表面比表面积和气体吸附等温曲线可以用线性累积回归模型来画出，也就是说，可以将气体吸附过程视为活性炭内部各部分温度的均匀变化，系数V_m和N_m就是表现出这种温度变化的参数。
BET的计算可以使用一种叫做派特尔-瑞德安分析仪的仪器实现，这种仪器可以机械地计算压缩比（V_m）、比吸附量（N_m）和其它表示活性炭表面属性的参数，以及BET比表面积等。
总之，BET比表面积是衡量活性炭表面属性、性能和受气体吸附性能影响幅度的重要指标，反映了活性炭性能的总体特征。
BET公式则可以根据派特尔-瑞德安模型的假设测量活性炭的比表面积，以实现气体吸脱过程的最高效操作。
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用纯度99.5%的SO2、NO和空气、水蒸气模拟烟气,实验系统如图1所示。
SO2、NO、空气和5%的水蒸气的混合气体经玻璃球填料层加热到(100~110),从下往上穿过活性炭层,混合气流流量(标准状态)0.5m3 /h。
吸附柱用石英管制作,长1.2m,石英管外用管式电炉加热混合气体和维持床层温度。
床层直径36mm,高度400mm，
在相同气体流速下,进口SO2浓度0.3%,改变进口NO浓度,研究活性炭颗粒直径、NO浓度对床层穿透时间的影响,实验结果如图2所示。
图2NO浓度对穿透时间的影响
当气流中有NO存在时,床层穿透时间增加,NO促进了活性炭对SO2的吸附作用。
与分子筛不同,活性炭微孔的孔径分布很宽,因此活性炭可以吸附多种直径不同的分子。
活性炭对NO的吸附包括物理吸附和化学吸附。
根据吸附理论,SO2的沸点比NO高,因而更容易被活性炭吸附。
物理吸附的NO将被SO2置换解析,不会影响活性炭对SO2的
吸附。
但是化学吸附的NO不能被SO2置换解析。
在活性炭微孔内,由于活性炭表面官能团的作用,部分NO在活性中心上被氧化成NO2,NO2溶于水生成HNO3和HNO2。
在NO存在的条件下,床层穿透时间增加,实验结果表明无论是物理吸附的NO,还是化学吸附的NO,都不会单独占据活性炭吸附SO2的有效表面。
床层穿透时间增加说明,在同一个活性中心上,SO2和NO都不会单独占据活性中心。
与SO2和NO在粉煤灰和Na/Al2O3上的吸附作用类似
根据对煤基活性炭选择性吸附SO2、NO的实验研究,得出以下结论:(1)活性炭对SO2、NO的吸附具有一定的选择性。
(2)在实验条件下,物理吸附的NO被SO2置换解析,化学吸附的NO被氧化成NO2,吸附态的SO2、NO形成了新的吸附态中间产物。
(3)气流中存在NO时,能够促进活性炭对SO2的吸附,活性炭床层的穿透时间延长,脱硫效率升高。
(4)活性炭颗粒直径越小,比表面积越大,吸附能力越强,活性炭床层的穿透时间越长,脱硫效率越高。
(5)用适当浓度的HNO3对活性炭进行改性处理,与气流中存在NO时的实验结果相同,也能提高活性炭吸附SO2的能力
[2,6,。