华南理工环境科学课件第十四章 吸附
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3
吸附的过程
吸附质扩散通过水膜而到 达吸附剂表面(膜扩散)；
吸附质在孔隙内扩散； 溶质在吸附剂内表面上发
生吸附。
4
吸附在水处理中的应用和特点
应用：
离子交换、膜分离等方法的预处理 二级处理后的深度处理手段 去除水中溶解态微量污染物：有机物、胶体
粒子、重金属离子、放射性元素、其他（微 生物、余氯、臭味、色度）
1/ce (ce)
17
吸附等温式 – Freundlich吸附等温式
qe KCe1/ n
qe: 平衡吸附量，mg/g； ce: 吸附质的平衡浓度，g/L K: Freundlich吸附系数； n: 常数
两边取对数：
lgqe
• lgqe lgK 1/ nlgCe
斜率：1/n
lgK
lgce
18
活性炭在某些物质水溶液中的吸附
吸附质 酚 酚 甲酚 酰胺 醋酸 醋酸 醋酸戊酯
温度/◦C 20 70 20 20 50 70 20
K 17.18 2.19 2.00 0.97 0.08 0.04 4.80
n 0.23 0.47 0.48 0.4 0.66 0.49 0.49
19
e.g1: 某河水的CODMn为6mg/L，欲采用 投加活性炭的方法将其CODMn降至 2mg/L，处理水量为100m3/h, 求活性炭 的投加量(假设K=220, n = 2)。
qe
abce 1 bce
a: 吸附剂表面吸满单分子层时所能 吸附质最大物质的量
qe: 平衡吸附量，mg/g b: 吸附系数或吸附平衡常数 ce: 吸附质的平衡浓度，g/L
1 11
qe abce a
ce qe
1 ab
1 a ce
1/qe (ce/qe)
斜率： 1/ab (1/a)
1/a (1/ab)
正负电荷间静电引力引起； 离子电荷数和水合半径影响大。
7
吸附平衡
吸附质的吸附速率=脱附速率(即V吸附=V脱附) 吸附质在溶液中与在吸附剂表面上的浓度都不再
变化
平衡浓度：吸附平衡时，吸附质在溶液的浓度 (Ce,mg/L)
平衡吸附量：吸附平衡时，单位吸附剂所吸附的 物质的数量(qe,mg/g)
附，如水在石墨上的吸附即
Ce
属此例。
13
IV型等温线
低Ce区:与II型等温线类似凸 向上
较高Ce区: 吸附明显增加， 这可能是发生了毛细管凝聚
qe
的结果
毛细管凝聚导致滞后现象、
即在脱附时得到的等温线与 吸附时得到的等温线不重合
B Ce
14
V型等温线:
qe
Ce
实际上比较少见 较高Ce区也存在毛细管凝聚与滞后。
特点：
处理效果好，可用于深度处理 可回收有用物料，吸附剂可再生使用 进水预处理要求高 运转费用贵
5
吸附机理
溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的 高度亲合力
溶质的溶解度越大，向表面运动的可能性越小 溶质的憎水性越大，向界面移动的可能性越大
溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引 力或化学键力。
ce为2mg/L时，活性炭的吸附容量为：
qe 220ce1/2 220 21/2 311
W Q(c ce ) 100 (6 2) 1.29kg / h
qe
311
20
吸附等温式 – BET吸附等温式
基本假设：
在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子， 同发生多分子层吸附；
不一定等第一层吸满后再吸附第二层； 每一单层可用Langmuir式描述 第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力 第二层以后是靠吸附质分子问的引力 两类引力不同，因此它们的吸附热也不同。总吸
附量等于各层吸附量之和。
21
BET吸附等温式 (con’d)
qe
cs
Bac e
ce 1 B 1ce
/ cs
cs—吸附质的饱和浓度； B—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关。
令 b B ， 且C<<Cs，则BET公式可写成：
qei
V (C0 Cei ) Wi
9
吸附等温线的基本类型
10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Langmuir等温线 (I型等温线)
常见于含有微孔的一些材料 （活性炭、硅胶、沸石等）
非孔性吸附剂较为少见 。 平台可能对应的是吸附剂的
小孔完全被凝聚液充满，而 不是单层的吸附饱和。
11
II型等温线 (s型等温线)
相当于多分子层吸附。
第十四章、吸附
第一节、吸附的基本原理 第二节、吸附剂及其再生 第三节、吸附的工艺过程及设备
1
第一节、吸附的基本原理
概述 吸附等温线 吸附等温式：
Langmuir, Freundlich, BET, 多组分体系
吸附影响因素
2
什么是吸附？
固体表面的分子或原子 围受力不均衡而具有剩 余的表面能，当某些物 质(吸附质)碰撞固体表面 时，受到这些不平衡力 的吸引而停留在固体表 面(吸附剂)上。
15
吸附等温式 – Langmuir吸附等温式
基本假设：
吸附的表面均匀，各处吸附能力相同； 忽略吸附粒子间的相互作用； 吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附
，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，吸附是 单分子层的； 在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从 而达到吸附平衡。
16
Langmuir吸附等温式 (con’d)
qe
V (C0 Ce ) W
V: 废水体积，L W：吸附剂量，g C0, Ce: 溶质初始和平衡浓度，mg/L
8
吸附等温线
在一定温度下，平衡吸附量(qe)随平衡浓度(Ce) 变化的曲线。
C0, w1, Ce1
C0, w2, Ce1
C0, w3, Ce3
C0, w4, Ce4
吸附试验
C0, w5, Ce5
6
吸附的分类
物理吸附
分子间力(范德华力)引起，无选择性； 放热较小(约42kJ／mol或更少)，单分子层或多分子层吸附； 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。
化学吸附：
化学反应，形成牢固的化学键,有选择性 放热量较大，约84—420kJ／mol 单分子层吸附,表面化学性质和化学性质影响大。
交换吸附：
在低Ce区有拐点B，相当 于单分子层吸附的完成。
qe
在吸附剂孔径大于20 nm 时常遇到。
B Ce
12
III型等温线
在整个压力范围内凸向下， 曲线没有拐点B，此种吸附 甚为少见。
曲线下凸表明此种吸附所凭 借的作用力相当弱，吸附热 qe 等于或小于纯吸附质的溶解 热。
吸附质对固体不浸润时的吸
吸附的过程
吸附质扩散通过水膜而到 达吸附剂表面(膜扩散)；
吸附质在孔隙内扩散； 溶质在吸附剂内表面上发
生吸附。
4
吸附在水处理中的应用和特点
应用：
离子交换、膜分离等方法的预处理 二级处理后的深度处理手段 去除水中溶解态微量污染物：有机物、胶体
粒子、重金属离子、放射性元素、其他（微 生物、余氯、臭味、色度）
1/ce (ce)
17
吸附等温式 – Freundlich吸附等温式
qe KCe1/ n
qe: 平衡吸附量，mg/g； ce: 吸附质的平衡浓度，g/L K: Freundlich吸附系数； n: 常数
两边取对数：
lgqe
• lgqe lgK 1/ nlgCe
斜率：1/n
lgK
lgce
18
活性炭在某些物质水溶液中的吸附
吸附质 酚 酚 甲酚 酰胺 醋酸 醋酸 醋酸戊酯
温度/◦C 20 70 20 20 50 70 20
K 17.18 2.19 2.00 0.97 0.08 0.04 4.80
n 0.23 0.47 0.48 0.4 0.66 0.49 0.49
19
e.g1: 某河水的CODMn为6mg/L，欲采用 投加活性炭的方法将其CODMn降至 2mg/L，处理水量为100m3/h, 求活性炭 的投加量(假设K=220, n = 2)。
qe
abce 1 bce
a: 吸附剂表面吸满单分子层时所能 吸附质最大物质的量
qe: 平衡吸附量，mg/g b: 吸附系数或吸附平衡常数 ce: 吸附质的平衡浓度，g/L
1 11
qe abce a
ce qe
1 ab
1 a ce
1/qe (ce/qe)
斜率： 1/ab (1/a)
1/a (1/ab)
正负电荷间静电引力引起； 离子电荷数和水合半径影响大。
7
吸附平衡
吸附质的吸附速率=脱附速率(即V吸附=V脱附) 吸附质在溶液中与在吸附剂表面上的浓度都不再
变化
平衡浓度：吸附平衡时，吸附质在溶液的浓度 (Ce,mg/L)
平衡吸附量：吸附平衡时，单位吸附剂所吸附的 物质的数量(qe,mg/g)
附，如水在石墨上的吸附即
Ce
属此例。
13
IV型等温线
低Ce区:与II型等温线类似凸 向上
较高Ce区: 吸附明显增加， 这可能是发生了毛细管凝聚
qe
的结果
毛细管凝聚导致滞后现象、
即在脱附时得到的等温线与 吸附时得到的等温线不重合
B Ce
14
V型等温线:
qe
Ce
实际上比较少见 较高Ce区也存在毛细管凝聚与滞后。
特点：
处理效果好，可用于深度处理 可回收有用物料，吸附剂可再生使用 进水预处理要求高 运转费用贵
5
吸附机理
溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的 高度亲合力
溶质的溶解度越大，向表面运动的可能性越小 溶质的憎水性越大，向界面移动的可能性越大
溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引 力或化学键力。
ce为2mg/L时，活性炭的吸附容量为：
qe 220ce1/2 220 21/2 311
W Q(c ce ) 100 (6 2) 1.29kg / h
qe
311
20
吸附等温式 – BET吸附等温式
基本假设：
在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子， 同发生多分子层吸附；
不一定等第一层吸满后再吸附第二层； 每一单层可用Langmuir式描述 第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力 第二层以后是靠吸附质分子问的引力 两类引力不同，因此它们的吸附热也不同。总吸
附量等于各层吸附量之和。
21
BET吸附等温式 (con’d)
qe
cs
Bac e
ce 1 B 1ce
/ cs
cs—吸附质的饱和浓度； B—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关。
令 b B ， 且C<<Cs，则BET公式可写成：
qei
V (C0 Cei ) Wi
9
吸附等温线的基本类型
10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Langmuir等温线 (I型等温线)
常见于含有微孔的一些材料 （活性炭、硅胶、沸石等）
非孔性吸附剂较为少见 。 平台可能对应的是吸附剂的
小孔完全被凝聚液充满，而 不是单层的吸附饱和。
11
II型等温线 (s型等温线)
相当于多分子层吸附。
第十四章、吸附
第一节、吸附的基本原理 第二节、吸附剂及其再生 第三节、吸附的工艺过程及设备
1
第一节、吸附的基本原理
概述 吸附等温线 吸附等温式：
Langmuir, Freundlich, BET, 多组分体系
吸附影响因素
2
什么是吸附？
固体表面的分子或原子 围受力不均衡而具有剩 余的表面能，当某些物 质(吸附质)碰撞固体表面 时，受到这些不平衡力 的吸引而停留在固体表 面(吸附剂)上。
15
吸附等温式 – Langmuir吸附等温式
基本假设：
吸附的表面均匀，各处吸附能力相同； 忽略吸附粒子间的相互作用； 吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附
，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，吸附是 单分子层的； 在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从 而达到吸附平衡。
16
Langmuir吸附等温式 (con’d)
qe
V (C0 Ce ) W
V: 废水体积，L W：吸附剂量，g C0, Ce: 溶质初始和平衡浓度，mg/L
8
吸附等温线
在一定温度下，平衡吸附量(qe)随平衡浓度(Ce) 变化的曲线。
C0, w1, Ce1
C0, w2, Ce1
C0, w3, Ce3
C0, w4, Ce4
吸附试验
C0, w5, Ce5
6
吸附的分类
物理吸附
分子间力(范德华力)引起，无选择性； 放热较小(约42kJ／mol或更少)，单分子层或多分子层吸附； 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大。
化学吸附：
化学反应，形成牢固的化学键,有选择性 放热量较大，约84—420kJ／mol 单分子层吸附,表面化学性质和化学性质影响大。
交换吸附：
在低Ce区有拐点B，相当 于单分子层吸附的完成。
qe
在吸附剂孔径大于20 nm 时常遇到。
B Ce
12
III型等温线
在整个压力范围内凸向下， 曲线没有拐点B，此种吸附 甚为少见。
曲线下凸表明此种吸附所凭 借的作用力相当弱，吸附热 qe 等于或小于纯吸附质的溶解 热。
吸附质对固体不浸润时的吸