吸附

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
1. 朗格谬公式： q q
bCe
e max 1 Ce
变形可得到： 1 1 1
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 (C0 C) W
（6-1）
式中：V—废水容积；W—活性炭投量，g
C0—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
qe=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则qe=f(C)，叫 吸附等温线。
• 6.4.2粉末炭的应用参数 • 1、投加量 • 2、接触时间 • 3、投加点 • 4、投加方式及设备 • 5、其它应用方式
• 6.4.3粒状活性炭的应用 • 1、单独活性炭 • 2、臭氧－活性炭 • 3、高锰酸盐－活性炭 • 4、臭氧催化氧化－活性炭 • 5、臭氧－活性炭－膜 • 6、活性炭－膜
过 滤 池
接 触 池
粒 活 性 炭
清 水 池
出 水
水
滤
池
混凝剂
投
图2－5 臭氧－活性炭水处理工艺系统
高锰酸钾 粉末活性炭
臭氧
受 污 染 水 源 水
各柱的吸附量相等时的运行状态（面积 A=面积B）视为达到了稳定运行状态。 面积A为图6-1中第1条曲线与第2条曲线 所包含的面积，面积B为第2条曲线与第3 条曲线所包含的面积。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
C
Cb
1
Hale Waihona Puke Baidu
2
3
4
5
6
Ca
0 Q
图 10-1 多柱串联试验
3.吸附容量的利用。
当吸附柱出水浓度达到穿透时，但此时 吸附柱内的吸附剂并未完全饱和，仍能 吸附相当数量的吸附质，直至出水浓度 等于Cb（吸附终点）为止。这部分吸附 容量应该充分利用。也即是充分利用吸 附带的吸附容量。
C、粒度的大小可分为粒状炭GAC（直径大于0.1mm)和粉 末炭PAC(直径小于0.074mm ）
D、活性炭密度 视密度：堆放及间隙在内的密度 湿密度：自身孔隙中充满水时测得的密度 E、灰分 表明活性炭中无机成分的含量，一般优质活性炭的灰分
比较低在5-8%
• 2、化学性质 • 由于活性炭表面形成了复杂的含氧官能团以及
碳氢化合物。官能团相对数量决定其极性强弱 和吸附性能。 • 一般把活性炭表面氧化物分为 • 酸性官能团 • 碱性官能团 • 两种官能团的形成条件 • 300-500℃以下用湿空气制造的活性炭以酸性 官能团为主 • 800-900 ℃以下用空气、蒸汽或二氧化碳为活 化炭活化氧化剂制造的活性炭碱性占主 • 500-800 ℃之间制造活性炭两性
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。
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
固体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。
qe qmax bCe qmax b
2.弗里德利希经验公式：
qe KCe1/ n
适于中等浓度吸附
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
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；
活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液 中吸附效果较好。
4.共存物质：对于物理吸附，共存多种物 质时的吸附比单一物质时的吸附要差。
5.温度：对于物理吸附，T高则不利，吸附 量减少。
6.接触时间：应保证吸附达到平衡时的时 间，而该时间的大小取决于吸附速度V， V大则所需时间短。
6.3 活性炭吸附过程
6.3.1 静态吸附 使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有 自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附 操作叫静态吸附。
（3）极性：
极性吸附剂易吸附极性的吸附质。
（物以类聚）
非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。 （4）吸附质分子的大小和不饱和度。 活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物 合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物 （5）吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量
。 以后C↑，q增加很小，直至为一定值。
3.废水的PH值
原水
预
处
理
混
沉
过
活 性
炭
凝
淀
滤
吸 附
图2－2 典型除污染给水处理流程
消 饮用水 毒
粉末活性炭
受 污 染 水 源
颗
混 合 装 置
絮 凝 池
沉 淀 池
过 滤 池
粒 活 性 炭
清
出
水
水
池
水
滤
池
混凝剂
投
图2－4 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统
臭氧 臭氧
受
颗
污 染 水 源
混 合 装 置
絮 凝 池
沉 淀 池
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
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
/
C（S 6-6）
式中:qo—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
取倒数：
C 1 B1 C
（6）吸附带的移动速度V=δ/△ t <<VL （2~10m/h）
（7）无明显吸附带时，多柱串联试验绘制穿透 曲线：将4~6根柱串联起来，见图6-1。填充层 总高度为3~9m，在不同高度处设取样口，首 先从第一个柱进水，依次通过第2、3、4柱。 当第1柱出水C1=（0.9~0.95）Co时，停止向 第1柱进水，将1柱从系统中脱离出来进行再生 ，将备用柱5接在系统柱4之后，此时原水通入 第2柱，待第二柱出水浓度C2=（0.9~0.95） Co时，停止向第2柱进水，将第2柱从系统中 脱离开进行再生，并将再生好的柱1接于柱5之 后，此时原水通入第3柱。以此类推进行连续 吸附操作。
6.3.2动态吸附 废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸 附。
2.穿透曲线
（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段 填充层，在吸附带下部的填充层几乎没 有发生吸附作用，而在吸附带上部的填 充层已达到饱和状态，不再起吸附作用 。
（2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水 总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为 纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。
炭、木炭等。
1、活性炭的制备
高温炭化
活化,800~900℃
木材、煤、果壳
炭渣
活性炭
隔绝空气，600℃
活化剂：ZnCl2
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 棒状活性炭：Φ 50mm，L=255mm
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。
（3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为 (0.05~0.10)Co时所对应的出水总体积或 吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透 点。
（4）吸附终点：出水浓度Cb为 (0.90~0.95)Co时所对应的出水总体积的 穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭 点）。
（5）吸附带长度δ：从ta到tb的△t时间内 ，吸附带所移动的距离叫吸附带长度δ， 吸附带的长度越短，活性炭利用率越高 。
（1）采用多床串联操作（图6-2）
C0 Cb
1
2
3
4
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
C
Ca
0
Q1
Q2
Q3
Q
图 10-2 三 柱 串 联操 作
I—II—III串联运行； II—III—Ⅳ串联运行 III—Ⅳ—I串联运行。
（2）采用升流式移动床操作（图6-3）
从底部排出的吸附剂都是接近饱和的， 从而充分利用了吸附剂的吸附容量。

1/ 1
m C
Cq0 /m
令b=1/m，a=qo
q qmax bCe 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
V q / t 单位: 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)
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。
进料斗 通气阀
溢流管 直流式 衬胶阀
出水
滤头α =60°
活性炭
溢流水
进 水
截止阀
冲洗水 压力水
α =60°
直流式 衬胶阀
水射器
图 10-3 移动床吸附塔构造示意图
6.4活性炭吸附的应用
• 6.4.1活性炭应用 • 1、去除水中难生物降解的成分 • 2、去除有毒有害成分 • 3、预防突发性污染 • 4、去除嗅味物质 • 5、去除色度 • 6、去除水中剩余氧化剂 • 7、控制消毒副产物
• 3、吸附性质 • 常反映吸附性质的参数有： • 碘值：在一定条件下活性炭吸附碘的量
（对小分子物质的吸附性能） • 糖蜜值：表示活性炭对大分子物质的吸
附性能。 • 四氯化碳吸附值 • 亚甲基蓝指数 • 苯酚吸附值等
6.2.3 吸附的影响因素 1.吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大
小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布 、吸附剂是否是极性分子等。 2.吸附质的性质： （1）溶解度：越低越容易吸附，具有较大 的影响。 （2）使液体表面自由能W降低得越多的吸 附质则越容易被吸附。
(CS C )q Bq0 Bq0 CS
BET公式包括了朗谬尔公式：
(6－7)
设 B ，Cs 且C<<Cs，则BET公式可写成：
m
q
CS / m Cq0

CS / m Cq0
(CS C )1 (CS / m) 1C / CS CS 1 (C / m C / CS )
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