活性炭吸附-(2)
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第4章 活性炭吸附
4.1 吸附的基本理论 4.2 吸附装置及操作 4.3 吸附法的应用 4.4 活性炭水处理装置运行与管理
电厂废水及治理
1
电厂废水及治理
2
4.1 吸附的基本理论
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4
吸附现象及类型 吸附剂 吸附平衡与吸附等温式 影响吸附平衡的因素
电厂废水及治理
qe
bq0Ce 1 bCe
q0-吸附剂的吸附容量极限值，mg/g b-常数项，L/mg
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（2）BET式
qe
(Cs
Bq0Ce Ce)1(B1)C Ces
Cs-吸附质平衡浓度的最大值， mg/g
B-常数项，L/mg
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(3)Freundlich等温式(经验式）
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4.1.2 吸附剂 具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。
有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。 活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。
1. 活性碳的制造 原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。 炭化：温度500-600℃，将原料热解为碳渣。 活化：把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种活化方法： 气体法：通入水蒸气 药剂法：用氯化锌、 硫酸等作为活化剂。
（q=f(Ce)）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）
朗谬尔公式 表示I型吸附等温线的有费兰德利希公式 表示II型吸附等温线的有BET公式
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(1)Langmuir等温式
假设吸附剂表面 均一，各处的吸附能 相同；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。
2.吸附量q(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）。
式中：
qV(C0 Ce) W
V—废水容积；
W—活性炭投量，g
C0—废水吸附质浓度（g/L） Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 —平衡浓度
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3.吸附等温线 在一定T下，q随平衡浓度Ce变化的曲线
以下三种类型： 1）物理吸附：分子间的作用力所引起的。
·吸附热较小，可在低温下进行。 ·过程是可逆的，易解吸。 ·没有选择性。分子量越大，吸附量越大。 ·可形成单分子吸附层或多分子吸附层。
2）化学吸附： 由化学键力引起的――产生化学反应。
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如石灰吸附CO2 → CaCO3 ·吸附热大，一般在较高温下进行。
选择性 没有选择性
有选择性
吸附层 吸附热
单分子或多分子吸附 层
较小，＜41.9kJ/mol
只能形成单分子吸附层
较大，相当于化学反应热， 83.7-418.7kJ/mol
吸附速度 快，几乎不要活化能 较慢，需要活化能
温度
放热过程，低温有利 温度升高，吸附速度增加 于吸附
可逆性 可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
正因如此，它不仅可以去除水中的非极性 物质，还可去除极性物质甚至微量的金属离 子及化合物。
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4 活性炭的特点 A.具有良好的吸附性能和化学稳定性 B.可耐酸碱 C.能经受水浸、高温、高压作用 D.不易破碎，气流阻力小 E.粉状活性炭制造容易、成本低，但不易再生 粒状活性炭成本较高，但操作管理和再生容易
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一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对 于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔 几乎不起作用。
所以，在实际应用中，应根据吸附质的直 径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性 炭。
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3 活性炭的表面化学性质
吸附不仅与构造和细孔分布有关，还与其 表面化学性质有关。
活性炭是非极性的，但在制造过程中，易 于与氢、氧结合而具有微弱的极性。
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4.1.3 吸附等温式与吸附速度
1.吸附平衡 (1)定义
当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解 吸），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量， 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Ce叫平衡浓度。
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水蒸气 原料 碳化 破碎、造粒 活化 洗涤
成品
筛分
干燥
颗粒状活性炭的制造工艺
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2 活性炭的构造 吸附作用主要发生在细孔表面。 比表面积：每克吸附剂具有的总表面积。可
达500～1700m2/g。 吸附量除与比表面积有关外，还与细孔的形
状和分布有关。 细孔的构造有；圆桶形，圆锥形，瓶形，平
·具有选择性，单分子层吸附。
·化学键力大时，吸附不可逆。
3）离子交换吸附：静电引力
吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸 附剂也放出一个等当量离子。
·离子电荷越多，吸附越强。
·离子水化半径越小，越易被吸附。
实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下：
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吸附性能 物理吸附
化学吸附
作用力 分子引力（范德华力） 剩余化学键力
板形，毛细管形等。直径为1～10000 nm。
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根据杜必宁的分类，细孔分为： A. 小孔（微孔） 半径在2nm以下，其表面积占比表面积的95%以上， 对吸附量的影响最大。 B.中孔（过渡孔） 半径为2～100nm ,表面积占比表面积的5%以下。它 为吸附质提供扩散通道，影响大分子物质的吸附。 C.大孔 半径为100～10000nm，表面积只有0.5～2m2/g，占 比表面积不足1%，主要为吸附质提供扩散通道。
3
4.1.1 吸附现象及类型
1.吸附的定义 在相界面上,物质的浓度自动发 生积累或浓集的现象称为吸附
吸附剂 具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸 附剂
吸附质 被吸附的物质称为吸附质 吸附的类型(吸附剂表面吸附能力的不同) 物理吸附 范德华力 化学吸附 化学键
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2.原理： 吸附剂表面上的分子受力不均衡 → 存在剩
余力场（即具有表面能）。 根据热力学第二定律，这种能力有自动变小的
趋势。当溶液中的吸附质 → 达到吸附剂表面时， 致使界面上的分子受力变得均衡一些，从而降低 了这种表面能。这就是吸附过程自动发生的一种 推动力。
因此吸附的本质是物质从液相（或气相）到固 相表面的一种传质现象。
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3.类型： 根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附可分为
4.1 吸附的基本理论 4.2 吸附装置及操作 4.3 吸附法的应用 4.4 活性炭水处理装置运行与管理
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4.1 吸附的基本理论
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4
吸附现象及类型 吸附剂 吸附平衡与吸附等温式 影响吸附平衡的因素
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q0-吸附剂的吸附容量极限值，mg/g b-常数项，L/mg
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（2）BET式
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(Cs
Bq0Ce Ce)1(B1)C Ces
Cs-吸附质平衡浓度的最大值， mg/g
B-常数项，L/mg
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(3)Freundlich等温式(经验式）
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4.1.2 吸附剂 具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。
有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。 活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。
1. 活性碳的制造 原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。 炭化：温度500-600℃，将原料热解为碳渣。 活化：把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种活化方法： 气体法：通入水蒸气 药剂法：用氯化锌、 硫酸等作为活化剂。
（q=f(Ce)）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）
朗谬尔公式 表示I型吸附等温线的有费兰德利希公式 表示II型吸附等温线的有BET公式
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(1)Langmuir等温式
假设吸附剂表面 均一，各处的吸附能 相同；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。
2.吸附量q(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）。
式中：
qV(C0 Ce) W
V—废水容积；
W—活性炭投量，g
C0—废水吸附质浓度（g/L） Ce—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度 —平衡浓度
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3.吸附等温线 在一定T下，q随平衡浓度Ce变化的曲线
以下三种类型： 1）物理吸附：分子间的作用力所引起的。
·吸附热较小，可在低温下进行。 ·过程是可逆的，易解吸。 ·没有选择性。分子量越大，吸附量越大。 ·可形成单分子吸附层或多分子吸附层。
2）化学吸附： 由化学键力引起的――产生化学反应。
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如石灰吸附CO2 → CaCO3 ·吸附热大，一般在较高温下进行。
选择性 没有选择性
有选择性
吸附层 吸附热
单分子或多分子吸附 层
较小，＜41.9kJ/mol
只能形成单分子吸附层
较大，相当于化学反应热， 83.7-418.7kJ/mol
吸附速度 快，几乎不要活化能 较慢，需要活化能
温度
放热过程，低温有利 温度升高，吸附速度增加 于吸附
可逆性 可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
正因如此，它不仅可以去除水中的非极性 物质，还可去除极性物质甚至微量的金属离 子及化合物。
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4 活性炭的特点 A.具有良好的吸附性能和化学稳定性 B.可耐酸碱 C.能经受水浸、高温、高压作用 D.不易破碎，气流阻力小 E.粉状活性炭制造容易、成本低，但不易再生 粒状活性炭成本较高，但操作管理和再生容易
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一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对 于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔 几乎不起作用。
所以，在实际应用中，应根据吸附质的直 径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性 炭。
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3 活性炭的表面化学性质
吸附不仅与构造和细孔分布有关，还与其 表面化学性质有关。
活性炭是非极性的，但在制造过程中，易 于与氢、氧结合而具有微弱的极性。
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4.1.3 吸附等温式与吸附速度
1.吸附平衡 (1)定义
当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解 吸），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量， 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Ce叫平衡浓度。
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成品
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2 活性炭的构造 吸附作用主要发生在细孔表面。 比表面积：每克吸附剂具有的总表面积。可
达500～1700m2/g。 吸附量除与比表面积有关外，还与细孔的形
状和分布有关。 细孔的构造有；圆桶形，圆锥形，瓶形，平
·具有选择性，单分子层吸附。
·化学键力大时，吸附不可逆。
3）离子交换吸附：静电引力
吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸 附剂也放出一个等当量离子。
·离子电荷越多，吸附越强。
·离子水化半径越小，越易被吸附。
实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下：
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吸附性能 物理吸附
化学吸附
作用力 分子引力（范德华力） 剩余化学键力
板形，毛细管形等。直径为1～10000 nm。
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根据杜必宁的分类，细孔分为： A. 小孔（微孔） 半径在2nm以下，其表面积占比表面积的95%以上， 对吸附量的影响最大。 B.中孔（过渡孔） 半径为2～100nm ,表面积占比表面积的5%以下。它 为吸附质提供扩散通道，影响大分子物质的吸附。 C.大孔 半径为100～10000nm，表面积只有0.5～2m2/g，占 比表面积不足1%，主要为吸附质提供扩散通道。
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4.1.1 吸附现象及类型
1.吸附的定义 在相界面上,物质的浓度自动发 生积累或浓集的现象称为吸附
吸附剂 具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸 附剂
吸附质 被吸附的物质称为吸附质 吸附的类型(吸附剂表面吸附能力的不同) 物理吸附 范德华力 化学吸附 化学键
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2.原理： 吸附剂表面上的分子受力不均衡 → 存在剩
余力场（即具有表面能）。 根据热力学第二定律，这种能力有自动变小的
趋势。当溶液中的吸附质 → 达到吸附剂表面时， 致使界面上的分子受力变得均衡一些，从而降低 了这种表面能。这就是吸附过程自动发生的一种 推动力。
因此吸附的本质是物质从液相（或气相）到固 相表面的一种传质现象。
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3.类型： 根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附可分为