当代给水与废水处理原理 ppt
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第二类型的等温线， e有一个极限值 ，s 称为饱和浓 度，但x/m却没有极限值。这种类型的等温线可用 Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。
第三类型的等温线， e和 x 都m 没有极限值，可用 Freundlich公式处理。
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6
第三章 活性炭吸附
常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸 附公式，如下图所示。
ka代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。
活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。
当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但 这需要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系 数三者间的关系。
-
15
第三章 活性炭吸附
求活性炭的容量传质系数
活性炭的容量传质系数ka，一般通过用初始有机物浓度ρ1的水样， 每升加活性炭mg做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：
当代给水与废水处理原理
宋晓梅 教授 安徽理工大学地球与环境学院
-
1
第三章 活性炭吸附
§3-1 活性炭的性能
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。
活性炭的制作 活性炭的制作分碳化及活化两步。
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
吸附能力的消失也就是吸附带的消失,即x/m值AC线从tb起不断向 下运动，最后在运行时间tx到达吸附柱底，曲线C点与B点重合，吸附 带消失。
Βιβλιοθήκη Baidu
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18
第三章 活性炭吸附
上图表示吸附带刚达到吸附柱底时（相当于运行恰好达吸附周期）， 其中活性炭吸附量沿吸附带高度的分布曲线，由底部值逐渐增大为顶 部的，与运行时间的出水浓度相对应。
得到Langmuir公式为：
x b(x m)0 e m 1 be
-
11
第三章 活性炭吸附
§3-4 吸附公式的应用
求吸附公式Langmuir中的常数
每个吸附公式都包含了两个常数，这些常数可以通过数学方法处理 试验数据得出，最常用的是图解法。用某一种活性炭做吸附试验所得 的数据往往只符合一个吸附公式，这可在图解法中很清楚地看出来。 图1中 小c 于1 ，图2中 大 c 于1。
在时刻t水样中有机物的减少速率=在时刻t活性炭吸附有机物的增 加速率，即
ddt kaem C
对上式积分得:
lg1e mkat e 2.303c
由此式可以绘成如右图所 示的直线，由直线的斜率 可求出ka值来。
-
16
第三章 活性炭吸附
吸附柱的泄漏和衰耗过程
如果将出水的有机物浓度与吸附柱的产水量与相应的运行时间的关 系绘成曲线，则得下图的吸附过程曲线。
600℃以下。有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。
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。
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2
第三章 活性炭吸附
碳
①使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢
图中表示了出水有机物 浓度从零开始逐渐增加的 过程。 ★允许的最高出水浓度则 称为吸附柱的泄漏浓度。 ★相应的运行时间称为吸 附周期。 ★出水浓度达到 x 时称为 耗竭，这时吸附柱所吸附 有机物质了代表了吸附柱 所具有的总吸附能力。
-
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第三章 活性炭吸附
吸附柱的设计
建立吸附柱过程曲线与容量传质系数的关系主要是找出这一曲线的 S形末端与容量传质系数间的关系。这一关系可以通过分析从吸附带厚 度δ到达柱底（此时吸附柱到达吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭 止（即到达耗竭时间）的吸附能力消失过程。
非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的
吸附。
有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少
活性炭对于 吸附无机物 也有一定的 潜力
活性炭的吸 附性能是由 于它的表面 基团类型、 比表面积和 孔径的分布 决定的。
-
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第三章 活性炭吸附
§3-2 吸附等温线
吸附 等温 线的 类型
第一种类型的等温线， e没有极限值，但 x 却m 有一极 限值 ( ，x m这) 0种类型的吸附试验资料可用Langmuir公 式处理。
-
12
第三章 活性炭吸附
BET公式的图解法如下：
求Freundlich公式的常数：
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第三章 活性炭吸附
§3-5 吸附柱的设计
活 性
•重力固定床
炭
吸
附
柱
•压力固定床
设
计
的
类
型
•流化床
-
14
第三章 活性炭吸附
容量传质系数 为了更方便的研究，我们将单位容积活性炭所具有的吸附面积a与反
应速率k相乘，得到一个组合参数ka，称为容量传质系数，其纲量为:
化
等气体；
的
作
②使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。
用
活
在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，
化 把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作
的 用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。活化使活性炭变成一
作 种良好的多孔结构。
用
-
3
第三章 活性炭吸附
活性炭的影响因素
◆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。
◆活性炭表面 氧化物的成分 主要受活化过
程的影响。
◆酸性氧化物 使活性炭具有 极性的性质， 因之倾向于吸 附极性较强的 化合物。
◆活性炭表面 的金属离子部 位带有正电荷， 对那些带有过 剩电子部位的 分子有吸附力， 可以增加活性 炭吸附的速率。
-
4
第三章 活性炭吸附
活性炭的吸附作用
对芳族化合 物的吸附
分子厚
只考虑在单 层内的平衡
关系
推导的假定
被吸附物质 的颗粒和水 分子一样大
每个被吸附 颗粒占面积
0
-
9
第三章 活性炭吸附
Langmuir公式推导的图示
-
10
第三章 活性炭吸附
Langmuir公式推导：
在达到平衡时，存在下列关系: 未被吸附的物质颗粒数目+被吸附的水分子数目==被吸附物质颗粒
的数目+未被吸附的水分子数目
-
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第三章 活性炭吸附
处理吸附等温线的公式
★Langmuir公式为： x b(x m)0 e
m
1 be
★BET公式为：
x
B(x/m)0e
m
(s
e)1(B1)
e s
★Freundlich公式为：
x m
1
K f en
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第三章 活性炭吸附
§3-3 Langmuir 公式的推导
被吸附的物 质只有一层
第三类型的等温线， e和 x 都m 没有极限值，可用 Freundlich公式处理。
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第三章 活性炭吸附
常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸 附公式，如下图所示。
ka代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。
活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。
当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但 这需要知道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系 数三者间的关系。
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第三章 活性炭吸附
求活性炭的容量传质系数
活性炭的容量传质系数ka，一般通过用初始有机物浓度ρ1的水样， 每升加活性炭mg做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：
当代给水与废水处理原理
宋晓梅 教授 安徽理工大学地球与环境学院
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第三章 活性炭吸附
§3-1 活性炭的性能
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。
活性炭的制作 活性炭的制作分碳化及活化两步。
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
吸附能力的消失也就是吸附带的消失,即x/m值AC线从tb起不断向 下运动，最后在运行时间tx到达吸附柱底，曲线C点与B点重合，吸附 带消失。
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第三章 活性炭吸附
上图表示吸附带刚达到吸附柱底时（相当于运行恰好达吸附周期）， 其中活性炭吸附量沿吸附带高度的分布曲线，由底部值逐渐增大为顶 部的，与运行时间的出水浓度相对应。
得到Langmuir公式为：
x b(x m)0 e m 1 be
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第三章 活性炭吸附
§3-4 吸附公式的应用
求吸附公式Langmuir中的常数
每个吸附公式都包含了两个常数，这些常数可以通过数学方法处理 试验数据得出，最常用的是图解法。用某一种活性炭做吸附试验所得 的数据往往只符合一个吸附公式，这可在图解法中很清楚地看出来。 图1中 小c 于1 ，图2中 大 c 于1。
在时刻t水样中有机物的减少速率=在时刻t活性炭吸附有机物的增 加速率，即
ddt kaem C
对上式积分得:
lg1e mkat e 2.303c
由此式可以绘成如右图所 示的直线，由直线的斜率 可求出ka值来。
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第三章 活性炭吸附
吸附柱的泄漏和衰耗过程
如果将出水的有机物浓度与吸附柱的产水量与相应的运行时间的关 系绘成曲线，则得下图的吸附过程曲线。
600℃以下。有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。
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。
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第三章 活性炭吸附
碳
①使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢
图中表示了出水有机物 浓度从零开始逐渐增加的 过程。 ★允许的最高出水浓度则 称为吸附柱的泄漏浓度。 ★相应的运行时间称为吸 附周期。 ★出水浓度达到 x 时称为 耗竭，这时吸附柱所吸附 有机物质了代表了吸附柱 所具有的总吸附能力。
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第三章 活性炭吸附
吸附柱的设计
建立吸附柱过程曲线与容量传质系数的关系主要是找出这一曲线的 S形末端与容量传质系数间的关系。这一关系可以通过分析从吸附带厚 度δ到达柱底（此时吸附柱到达吸附周期）起到它的吸附能力完全耗竭 止（即到达耗竭时间）的吸附能力消失过程。
非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的
吸附。
有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少
活性炭对于 吸附无机物 也有一定的 潜力
活性炭的吸 附性能是由 于它的表面 基团类型、 比表面积和 孔径的分布 决定的。
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第三章 活性炭吸附
§3-2 吸附等温线
吸附 等温 线的 类型
第一种类型的等温线， e没有极限值，但 x 却m 有一极 限值 ( ，x m这) 0种类型的吸附试验资料可用Langmuir公 式处理。
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第三章 活性炭吸附
BET公式的图解法如下：
求Freundlich公式的常数：
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第三章 活性炭吸附
§3-5 吸附柱的设计
活 性
•重力固定床
炭
吸
附
柱
•压力固定床
设
计
的
类
型
•流化床
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第三章 活性炭吸附
容量传质系数 为了更方便的研究，我们将单位容积活性炭所具有的吸附面积a与反
应速率k相乘，得到一个组合参数ka，称为容量传质系数，其纲量为:
化
等气体；
的
作
②使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的结构。
用
活
在活化过程中，烧掉了碳化时吸附的碳氢化合物，
化 把原有空隙边上的碳氢原子烧掉，起了扩大孔隙的作
的 用，并把孔隙与孔隙之间烧穿。活化使活性炭变成一
作 种良好的多孔结构。
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第三章 活性炭吸附
活性炭的影响因素
◆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。
◆活性炭表面 氧化物的成分 主要受活化过
程的影响。
◆酸性氧化物 使活性炭具有 极性的性质， 因之倾向于吸 附极性较强的 化合物。
◆活性炭表面 的金属离子部 位带有正电荷， 对那些带有过 剩电子部位的 分子有吸附力， 可以增加活性 炭吸附的速率。
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第三章 活性炭吸附
活性炭的吸附作用
对芳族化合 物的吸附
分子厚
只考虑在单 层内的平衡
关系
推导的假定
被吸附物质 的颗粒和水 分子一样大
每个被吸附 颗粒占面积
0
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第三章 活性炭吸附
Langmuir公式推导的图示
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第三章 活性炭吸附
Langmuir公式推导：
在达到平衡时，存在下列关系: 未被吸附的物质颗粒数目+被吸附的水分子数目==被吸附物质颗粒
的数目+未被吸附的水分子数目
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第三章 活性炭吸附
处理吸附等温线的公式
★Langmuir公式为： x b(x m)0 e
m
1 be
★BET公式为：
x
B(x/m)0e
m
(s
e)1(B1)
e s
★Freundlich公式为：
x m
1
K f en
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第三章 活性炭吸附
§3-3 Langmuir 公式的推导
被吸附的物 质只有一层