第6章 吸附

溶液浓度C↑，则U↑ 颗粒直径d↓，则U↑ 加强搅动，则U↑ 而颗粒内部扩散速度 V=f （细孔大小 与构造，吸附质的d） 吸附剂颗粒直径d↓，V↑。 d 的大小对内、外部扩散都有很大影响， d↓,V↑。所以，粉末状活性炭比粒状活 性炭的吸附速度要快，接触时间短，设 备容积小。
6.2 吸附剂
主要有活性炭、高岭土、膨润土、活性氧化铝、 大分子吸附树脂、磺化煤、沸石、硅藻土、焦
?
1/ 1
m? ?C
Cq 0 /m
令b=1/m，a=qo
q ? q max bC e 1? Ce
……朗格谬式
BET公式可以适应更广泛的吸附现象。
※吸附量 q是选择吸附剂和吸附设备的重要 参数，q决定吸附剂再生周期的长短，q 越大，再生周期越长，再生剂用量及其 费用越小。q通过吸附试验来确定。
二、 吸附速度
取倒数：
C ? (16 ? B ? 1 ? C
(CS ? C )q Bq0 Bq0 CS
BET公式包括了朗谬尔公式：
－7)
设 B ?，Cs 且C<<Cs，则BET公式可写成：
m
q?
C S / m ? Cq0
?
C S / m ? Cq0
(C S ? C )???1 ? ??(C S / m ) ? 1??C / C S ??? C S ??1 ? (C / m ? C / C S )??
2、何谓吸附等温线？常见的吸附等温线有哪 几种类型？吸附等温式有哪几种形式及应 用场合如何？
3、何谓吸附带与穿透曲线？吸附带的吸附容 量如何利用？
6.1 吸附概述
6.1.1 吸附现象 在两相界面上，物质浓度能自动发生累积或
浓集( 富集) 的现象。 液—固界面上的吸附： 吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。 吸附质：废水中被吸附的物质。 苯酚、重金属废水、有颜色的气体、有气味的气 体等。
2. 吸附容量qe(g/g) 衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平
衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附 质的重量（g）。
qe
?
V (C 0 ? W
C)
（6-1 ）
式中：V—废水容积； W—活性炭投量， g
C 0—废水吸附质浓度（ g/L ） C —吸附平衡浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质 浓度mg/L
Ce
对确定的 K和Ce时，1/n( 吸附力函数 ) 越小，吸附性 能越好，1/n=0.1~0.5 ，容易吸附；
1/n>2 ，则难吸附。 1/n 较大则采用连续吸附，反之 采用间歇吸附。
3.BET 公式（多层吸附）
qe
?
(Cs
?
BCq0
C)?1? (B ? 1)C
/
?（6-6
CS
）
式中:q o—单分子吸附层的饱和吸附量 ,g/g Cs—吸附质的饱和浓度 ,g/L B —常数； C—平衡浓度， g/L
炭、木炭等 。
1、活性炭的制备
活化,800~900 ℃
木材、煤、果壳 活性炭
活化剂： ZnCl2
高
温
炭
化
炭渣
隔 绝空 气，600℃
蒸汽高温活化 粉末状活性炭 粒状活性炭（园柱状、球状），粒径 2~4mm
6.2.2 活性炭的性质 1 、物理性质 A 、比表面积
每g活性炭所具有的表面积。活性炭的 比表面积为：500~1700m2/g ，99.9%的表面 积，在多孔结构颗粒的内部。
上面二种吸附往往是相伴发生，而不能严格分 开，是几种吸附综合作用的结果，可能存在以 某种吸附为主。
6.1.3 等温吸附模型
一、吸附平衡 1. 定义
当吸附质的吸附速率 =脱附速率（即 V吸附=V脱附）， 即在单位时间内吸附数量等于脱附的数量，则吸 附质在溶液中的浓度 C与在吸附剂表面上的浓度都 不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液 的浓度 C叫平衡浓度
B 、细孔构造 ·微孔： <2nm，0.15~0.90mL/g ，占比表面 积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔 吸附为主。
·过渡孔（中孔）： 2~100nm，0.02~0.10mL/g ，占比表 面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。
·大孔： 100~1000nm，0.2~0.5mL/g ，占比表面积很小， 吸附量小，提供通道。
1. 朗格谬公式： q ?q
bCe
e max 1? Ce
变形可得到：
1?
1
?1
qe qmax bCe qmax b
2. 弗里德利希经验公式：
q e ? KC
适于中等浓度吸附
1/n e
式中：K、n——常数；
C
——吸附质平衡浓度（ g/L ）
q
——吸附容量
取对数：
lg qe ? lg K ?
1 n
lg
单位:
V ? q/t
?g /( g ? min) ?
吸附速度V决定了废水和吸附剂的接 触时间，V越大，则接触时间越短，所需 设备容积就越小，反之亦然。
吸附过程一般分为3个阶段： 1. 液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 2. 颗粒内部扩散阶段 3. 吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内表
面上。
吸附反应速度非常快，V主要取决于第I 、 II 阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩 散）U=f(c 、d、搅动)
第六章 吸 附
思考题
1、活性炭等温吸附试验的结果可以说明哪些 问题？
2、活性炭柱的接触时间和泄漏时间指什么， 两者有什么关系？
3、吸附区高度对活性炭柱有何影响？如何从 泄漏曲线估计该区的高度？
4、什么叫生物活性炭法，有什么特点？ 5、什么物质易为活性炭吸附？什么物质难于
被吸附？
习题
1、在做静态吸附实验时，当吸附剂与吸附质 达到吸附平衡时（此时吸附剂未饱和）， 再往废水中投加吸附质，请问吸附平衡是 否被打破？吸附剂吸附是否有变化？
6.1.2 吸附的分类
固表面自由能降低趋势。
1. 物理吸附：靠 分子间力 产生的吸附，可吸附 多种吸附质，可形成多分子吸附层。吸附━解 吸是可逆过程，吸附热低，吸附速度快，无吸 附选择性。
2. 化学吸附：由 化学键力 引起的吸附，能形成 单分子吸附层，并具有选择性，同时是不可逆 的，吸附热较高，高温下才能吸附，吸附速度 因化学健不同而差别。
q e=f(C 、T) ，当 T不变时，即 T恒定，则 qe=f(C) ，
3. 吸附等温线 在一定T下，q随平衡浓度C变化的曲线 （q=f(C) ）叫吸附等温线。用数学公式描述 则叫吸附等温式。 4. 吸附等温式（三种） 朗格谬公式 表示I 型吸附等温线的有弗里德利希公式 表示II 型吸附等温线的有BET公式