吸附解析的影响因素

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吸附过程的影响因素主要有以下几个方面:

(1)吸附剂的物理化学性质:吸附是一种表面现象,吸附剂的比表面积越大,吸附容量越大。吸附剂的种类、制备方法不同,其比表面积、粒径、孔隙构造及其分布各不相同,吸附效果也有差异。此外,吸附剂的表面化学结构和表面电荷性质对吸附过程也有很大的影响。极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附质,非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性分子型的吸附质。活性炭属于非极性吸附剂,因此在去除非极性有机物质时可以避免吸附位(即吸附位势,是指将1mol气体从吸附平衡压P压缩到该温度下吸附质饱和蒸汽压P

所需的吉布斯自

由能ΔG(J/mol),即ΔG=RTln(p0/p))被极性水分子耗用。

组成活性炭的石墨状微晶

活性炭的空隙结构

(2)吸附质的物理化学性质:吸附质的溶解性能对平衡吸附量有重大影响。溶解度越小的吸附质越容易被吸附,也越不易解吸。对于有机物在活性炭上的吸附,随同系物含碳原子数的增加,有机物的疏水性增强,溶解度减小,因而活性炭对其吸附容量越大。吸附质的分子大小对吸附速率也有影响,通常吸附质分子体积越小,其扩散系数越大,吸附速率越大。吸附过程由颗粒内部扩散控制时,受吸附质分子大小的影响较为明显。吸附质的浓度增加,吸附量也随之增加;但浓度增加到一定程度后,吸附量增加很慢。

(3)pH值:吸附剂及工艺操作的pH值会影响吸附质在吸附剂中的离解度、溶解度及其存在状态(如分子、离子、络合物),也会影响吸附剂表面的荷电荷和其他化学性质,进而影响吸附剂的效果。例如,采用活性炭去除水中有机污染物时,其在酸性溶液中的吸附量一般要大于在碱性溶液中的吸附量。

(4)共存物的影响:在物理吸附过程中,吸附剂可对多种吸附质产生吸附作用,因此多种吸附质共存时,吸附剂对其中任何一种吸附质的吸附能力,都要低于组分浓度相同但只含该吸附质时的吸附能力,即每种溶质都会以某种方式与其他溶质竞争吸附活性中心点。比如,废水中有油类物质或悬浮物存在时,前者会

在吸附剂表面形成油膜,后者会堵塞吸附剂孔隙,分别对膜扩散、孔隙扩散产生干扰、阻碍作用,因而在吸附操作之前,需要采取预处理措施将它们除去。

(5)温度:吸附过程通常是放热过程,因此温度越低对吸附越有利,特别是以物理吸附为主的场合。由于吸附操作通常是在常温下进行,吸附过程的热效应较小,温度变化并不明显,因而温度对吸附过程的影响不大。但是,在活性炭再生的场合,经常通过大幅度加温以使吸附质分子解吸。

活性炭的吸附与温度的关系

(6)接触时间:吸附质与吸附剂要有足够的接触时间,才能达到吸附平衡,吸附剂的吸附能力才能得到充分利用。吸附平衡所需时间取决于吸附速度,吸附速度越快,达到平衡所需时间越短。

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