活性炭吸附技术在水处理中的应用及过程分析

（2）H20吸附曲线
• H20 的吸附曲线不同温度下水蒸气在活性炭上的等温线呈典型的第 V 类曲线, 如 图 所示. 这种 S 型的等温曲线的特点是高压下对水蒸气有很高的吸附量, 而低 压下却对水的吸附量很低. 这种曲线的优点就是应用在真空变压吸附中, 可以很 容易地实现对水的分离,也就是说即使吸附在活性炭的孔径内, 水蒸气也会很容 易从真空泵解吸出来。 另外, 该曲线也说明了普通的工业活性炭并不是完全的 疏水性材料, 在一定条件下它仍然具有很高的吸水性. 水在活性炭表面的吸附主 要通过形成独特的三维水分子簇和网状结构,而这些结构的形成依靠着水分子与 活性炭上可取代的活化位置协同作用来完成. 图中还显示, 实验测得的等温曲线 可以很好地通过 QHR 模型来模拟. 在较高温度下(60℃), 活性炭对水蒸气的吸附 量仍然较高.
– 平衡时吸附速度＝脱附速度
• 平衡吸附量qe与液相平衡浓度ce的关系为：
qe

abce 1 bce
1
qe

ce qe

1 1 ab a
• 1 1 a ab
(a)L
1 1 1 1 qe ab ce a
三、活性炭的吸附和解析过程分析
1.吸附时间的影响 • 吸附时间是反映吸附剂性能的重
要指标，吸附时间是反映吸附剂 性能的重要指标，图为水浴温度 为２９８Ｋ、正丁烷流量为２５ ０ｍＬ／ｍｉｎ、氮气流量为３ ００ｍＬ／ｍｉｎ时，ＡＣ－１ 和ＡＣ－２(两种活性炭样品)对 正丁烷的吸附性能随时间变化的 关系。
Bace ce )[(1 (B
1)ce
/ cs ]
– CS—吸附质的饱和浓度；B-常数，与吸附剂和吸附质之间的相互作
用能有关。 – 线性形式
ce
1 (B 1) ce
qe (cs ce ) aB aB cs
– 实验数据作图，求常数a和B。
需要知道饱和浓度CS的值,数据足够可以以此作图即得直线; 对CS值进行估计，估值正确才能画出一条直线来 平衡浓度很低时，可简化为Langmuir模式。
4、吸附平衡及吸附等温式
（1）吸附平衡
• 吸附速度＝解析速度→动态平衡 • 吸附能力qe—单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。 • 计算
qe

V
(c0 W
ce
)
• 常用吸附等温线有三种类型：
qe
qe
qe
ce Ⅰ
ce cs Ⅱ
ce Ⅲ
Ⅰ型Ce没有极限值，但qe却有一个极限值,Langmuir型；
• ③Freundlich等温式
lg qe
– 经验公式：qe=Kce1/n
1
– 取对数：
lg
qe

lg
K

1 n
lg
ce
n
– 实验数据作图，出斜率1/n，截距等于lgK；
lg K
– 1/n介于0.1～0.5,易于吸附； 1/n>2难以吸附。
ce qe

1 a ce
1 ab
据吸附实验数据，按式作图可求出a、b
值。
当吸附量很小时，即当b·ce<<1时，qe=abce,即qe与ce成 正比，等温线是一条直线；
当吸附量很大时，即当b·ce>>1时，qe≈a,即平衡吸附量接 近于定值，等温线趋于水平。
• ②BET等温式
– 多分子吸附
qe

(cs
二、活性炭的分类
• 按原料来源可分为木质活性炭、煤质活性炭、果壳炭、矿物质原料炭和 骨炭等；按制造方法可分为物理法炭、化学法炭和化学－物理法或物理 －化学法 炭；按其形态可分为粉状活性炭、柱状活性炭、球形活性炭及 不定型活性炭等。
• 在水处理中常用的活性炭有颗粒状、粉末状两种。粉末状的活性炭吸附 能力强，制备简单，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒 状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且操作方便。随着纤维 工业的发展，诞生了一种新型的活性吸附材料－活性炭纤维，它是继颗 粒状、粉末状活性炭之后的第三代产品。
• 备注：ＡＣ－１为实验室内制备的木 质颗粒活性炭，将粉碎后的杉木屑与 浓度为５０％的磷酸溶液按１．８∶ １的液固比混合均匀，在１２０℃下 进行塑化，当物料具有一定粘性时， 取出捏合成型，将温度升为２３０℃ 固化４ｈ，然后分别在５５０℃下活 化９０ｍｉｎ，然后取出骤冷至室温， 用热水洗涤至中性，在１５０℃下烘 干即可。ＡＣ－２为商用木质颗粒活 性炭，购于河南滑县大潮林物产有限 责任公司，其物性参数如表所示
目录
• 一、活性炭的性能及特点 • 二、活性炭的分类 • 三、活性炭的吸附和解析过程分析 • 四、活性炭在水处理中的应用 • 五、结束语
一、活性炭的性能及特点
• 活性炭是由含碳物质支撑的外观黑色、内部孔隙发达、比表 面积大、吸附能力强的微晶质碳。活性炭成分中除了碳元素 以外还有氧、氮、氢等元素及灰份。活性炭除了有化学稳定 性和很高的机械强度，还耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有 机溶剂。由于活性炭具有诸多优良性能，使其在工业三废治 理、溶剂回收、食品饮料提纯、电池、电能储存等方面有着 广泛而重要的应用。
2.正丁烷流量对吸附性能的影响
• 在水浴温度为２９８Ｋ，氮气流量为３００ｍＬ／ｍｉｎ，正丁烷流量分别为 ５０、１００、２５０、４００ｍＬ／ｍｉｎ时，活性炭吸附性能随时间变化 的关系如图所示。
3.温度对活性炭吸附的影响
（1）正丁烷 • 在水浴温度为２９３、２９８、３１３、３２３Ｋ，氮气流
量为３００ｍＬ／ｍｉｎ，正丁烷流量为２５０ｍＬ／ｍｉ ｎ时，活性炭吸附性能随时间变化的关系如图所示。从图４、 ５中可以看出，活性炭对正丁烷的饱和吸附量随着温度的升 高而降低，表明正丁烷在活性炭上的吸附为放热反应。在吸 附初期，温度对吸附量的影响并不是很明显。水浴温度的升 高加快了正丁烷分子的移动速率，同时也抑制了活性炭的吸 附速率，最终导致活性炭吸附量的减小。
Ⅱ型Ce有一个极限值Cs，称为饱和浓度，但qe却没有极限值，BET型；
Ⅲ型Ce与对等的qe都没有极限值，Freundlich型；
（2）吸附等温式—计算及应用
①Langmuir等温式
假设条件：
– 吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；
– 吸附是单分子层，吸附剂表面饱和时，吸附量最大；
– 表面上没有吸附质转移运动；