第7章 吸附要点

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1/qe
1 1 1 1 qe ab Ce a Ce 1 1 Ce qe a ab
(7 - 3) (7 - 4)
(Ce/qe) 1/a(1/ab)
1/ab(1/a)
1/Ce(Ce)
式(7-3)适用于Ce值小于1的情况 而式(7-4)则适用于qe值较大的情况
根据吸附实验数据,按上两式以1/qe 对1/Ce(或Ce/qe对Ce) 作图, 得如图7-2所示的直线,由斜率和截距的值可求出a、b值。
具有吸附能力的固体物质称为吸附剂 废水中被吸附的物质则称为吸附质。
第七章 吸附
3
吸附剂
活性碳
沸石
离子交换树脂
水处理中常用的吸附剂是活性炭。许多水厂已经将滤池中的 无烟煤换成颗粒状活性炭,以控制味与嗅的产生。
第七章 吸附
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吸附质——去除对象
有机物 (酚类, 硝基苯类,POPs)
胶体粒子
1 lg qe lg K lg Ce n
其斜率=1/n
截距=1gK。
lgK
lgCe
利用K和1/n两个常数,可以比较不同吸附剂的特性。 —般认为,1/n值介于0.1~0.5,易于吸附;1/n >2时难以吸附。
第七章 吸附 25
吸附等温式的选择
上述三种等温式的适用范围及选择:
仅适用于单组分吸附体系; 对于一组吸附试验数据,应通过作图,选用线 性关系最好的或形式最为简单的公式。
1/qe
第七章 吸附
7.81
6.49 4.98 11.5
3.82
3.04 2.46
2.32
2.26
1.976 0.340
29
1/Ce, l/mg 17.2
8.59 3.33
1.272 1.109
8 7 6 5 4
A
qe(mg/mg)
1/qe(mg/mg)
1.0
B
斜率=2.33
3 2
1 0 0 2 4 6 8
Cs值估计偏高
1 aB
Ce Cs
第七章 吸附
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③ Freundlich等温式(常用)
Freundlich经验公式:
qe=KCe1/n
式中:K——Freundlich吸附系数; n——常数,通常大于l。
(7-7)
将式(7-7)两边取对数,得: lgqe=lgK+(1/n)lgCe (7-8)
式。常用的有:
① Langmuir等温式
② B.E.T等温式 ③ Freundlich等温式
第七章 吸附
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① Langmuir等温式
假设前提: 吸附剂表面均一,各处的吸附能相同 单分子层吸附,当吸附剂表面为吸附 质饱和时,吸附量达到最大值 得: qe=abCe/(1+bCe)
(7-2)
第七章 吸附
反映了毛细管冷凝现象和 孔容的限制
eg.氧化铁凝胶吸附苯 (Ⅳ型)
活性碳吸附水汽(Ⅴ型)
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等温吸附线的作用
选择吸附剂 估计吸附剂的性能、用 量和处理后水质的好坏 考察温度对吸附效果的 影响
qe
A B C
Ce
第七章 吸附
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(3)吸附等温式
描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温
附 水处理中大多吸附现象往往是上述三种吸附作用的综合结果
第七章 吸附 12
7.1.2 吸附平衡与吸附等温式
(1) 吸附平衡 吸附过程是一个吸附和解吸的可逆过程,当吸附 达到平衡时,吸附质在溶液中和吸附剂表面的浓 度都不再改变。
此时溶液中吸附质的浓度即平衡浓度Ce;
单位吸附剂所吸附的物质数量称为平衡吸附量, 常用qe(mg/g)表示。
qe= V(C0-Ce)/W =0.25(515-0.0582)/1005 =0.128mg/mg
② 将计算出的qe、1/Ce及1/qe列表并作图(图7-5)。
瓶 号 1 Ce(g/l) 58.2 2 3 87.3 116.4 4 300 5 407 6 786 7 902 8 2940
qe(mg/mg)0.128 0.154 0.201 0.262 0.329 0.431 0.443 0.506

但分子引力随分子量增大而增加
吸附时表面能降低,放热较小,约42kJ/mol或更少, 低温就能进行。 多分子层吸附 吸附力弱,比较容易解吸。
主要影响因素:吸附剂的比表面积和细孔分布。
第七章 吸附
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(2) 化学吸附
化学反应,形成牢固的化学键 放热量较大,约84—420kJ/mol,升温可加 快吸附速度 有选择性,吸附牢固,难解吸 单分子层吸附 影响因素:
溶质的憎水性越大,向吸附界面移动的可能性越大。
溶质对固体颗粒的高度亲合力。

溶质与吸附剂之间的吸附力可分为三种:静电引力、范
德华力或化学键力。
第七章 吸附
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吸附类型
根据固体表面吸附力的不同
物理吸附 化学吸附 离子交换吸附。
第七章 吸附
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(1) 物理吸附
分子间力(范德华力)引起 没有选择性
(7-1)
Ce—溶质的平衡浓度,mg/L
第七章 吸附 14
吸附试验:
① 取一组数量不同的吸附剂(往往破碎为较小颗粒后), 与一定体积已知溶质初始浓度为C0的溶液相混合,在一 定温度下使之达到平衡。 ② 分离出吸附剂,测定液相的最终溶质浓度Ce。 ③ 分别按(7-1)式算出平衡吸附量qe=V(C0-Ce)/W ,
F.式因简单方便而在水处理中常用。
第七章 吸附
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例7.1
用活性炭吸附水中色素的试验方程式为:qe=3.9Ce0.5。今 有100L溶液,色素浓度为0.05g/L,欲将色素除去90%, 需加多少活性炭? 解:由题意知平衡时的色素浓度为: Ce=0.05×(1—90%)=0.005 g/L 由q=3.9C0.5,得平衡吸附量: qe=3.9×0.0050.5=0.276 g/g 由式(7-1)得 W =V(C0-Ce)/qe ,则需活性炭吸附剂的量 为: W=100(0.05-0.005)/0.276=16.3
瓶 号 1 2 3 4 5 6 7 8
农药浓度,g/l
58.2 87.3 116.4 300 407 786 902 2940 641 491 391 298 290 253
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活性炭投量,mg/l 1005 835
第七章 吸附
例7.2 解
解:① 利用式(7—1)算出每个烧瓶的qe值。以瓶号1为例。
第七章 吸附
g
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例7.2
利用活性炭吸附水溶液中农药实验:取10个500mL锥形烧 瓶,装入含有农药约500mg/L的溶液各250mL。向其中8 个烧瓶中投入不同数量的粉末活性炭,其余2个烧瓶用作 空白试验。烧瓶塞好后,在250C下摇动8h(须实验确定足 以到达平衡)。然后,将活性炭滤出,测定滤液中农药浓 度,结果如下表所示。空白瓶的平均浓度为515mg/L。试 确定吸附等温线的函数关系式。
平衡吸附量表征了吸附剂吸附能力的大小,是选 择吸附剂和设计吸附设备的重要数据。
第七章 吸附 13
平衡吸附量的确定
对一定的吸附体系,平衡吸附量是吸附质浓度和 温度的函数。
在一定温度下,可用下式计算:
qe=V(C0-Ce)/W
式中:V—溶液体积.L
W—吸附剂量,g C0 —溶质的初始浓度,mg/L
水污染 控制工程Ⅰ
第七章
吸附
1
本章内容
吸附法基本理论 吸附剂及其再生
吸附工艺与设计
吸附法的应用
第七章 吸附
2
概述
在相界面上,物质的浓度自动发生累积或浓集的现象 称为吸附。
吸附作用可发生在气/液、气/固、固/液相之间。在水 处理中主要利用比表面积大的固体物质对物质的吸附 作用,通过物理或化学作用使污染物去除。
式中: a—与最大吸附量有关的常数
qe
Ce
b—吸附系数,与吸附能有关。
Ce
当吸附量很少时,b·Ce《1,qe≌abCe,即Ce与qe成正比,等温线近似于 一直线。 当吸附量很大时,b·Ce》1,qe≌ a,即平衡吸附量接近于定值,等温线 趋向水平。
第七章 吸附 19
求L.式中的常数a、b
变换式(7-2)可得两种线性表达式:
第七章 吸附
22
求B.E.T式中的常数a、B
将式(7-5)改写成如下线性形式:
Ce 1 ( B 1) Ce qe (Cs Ce ) aB aB Cs
(7-6)
由吸附实验数 据,按式(7-6) 作图可求得常 数a和B。
Ce qe (Cs Ce )
Cs值估计偏低
( B 1) aB
第七章 吸附
B(F式) 斜率=1/n=1/2.33=0.43 K=0.47(Ce=1.0时的qe值) qe=0.47 Ce0.43
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7.1.3
影响吸附的因素
影响吸附的因素是多方面的,包括:
1) 吸附剂性质
2) 吸附质性质 3) 吸附过程的操作条件
第七章 吸附
31
(1) 吸附剂的性质
主要有比表面积、种类、极性、颗粒大小、孔结构及表面 化学性质等。
第七章 吸附 32
(1)吸附剂的性质
③ 表面化学性质—表面含氧官能团的性质
-COOH、-OH等有助于对极性分子的吸附
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化 物,随原料和活化工艺不同而异。可分成酸性和碱性 两大类。 表面氧化物是选择性吸附的中心,使吸附剂具有类似 化学吸附的能力,一般有助于对极性分子的吸附,削 弱对非极性分子的吸附。 极性分子(或离子)型的吸附剂易吸附极性分子(或离子) 型的吸附质,反之亦然。——相似而易相吸附
(7 5)
式中: a ,B——常数; B与吸附剂和吸附质之间的相互作用有关。 Cs ——吸附质饱和浓度,mg/L; Ce ——平衡浓度,mg/L。
第七章 吸附 21
B.E.T 吸附等温线
B.E.T模型适用于 图7-1中各种类型的 吸附等温线。 特别是Ⅱ型。
Ce Cs
qe
qe0
A
当平衡浓度很低时,Cs 》Ce,并令B/ Cs =b,BET模型可 简化为Langmuir等温式。
④ 将qe与相应的Ce作图,得吸附等温线。
第七章 吸附
15
(2)吸附等温线
qe
qe
qe
qe
qe
Ce
Ce
Ce
Ce
Ce
I型 单分子层吸附
Ⅱ型 多分子层吸附
Ⅲ型 相当少见
Ⅳ型及Ⅴ 型
常见的化学吸附 常见的物理吸 吸附热等于或 小于纯吸附质 吸附量有一极限 附,吸附质的 极限位对应于 的溶解热。 值 物质的溶解度。 eg.硅胶吸附 eg. N2在活性碳上 eg.硅胶吸附N2。 Br2。 的吸附。
重金属离子(Cd2+, As2+)
放射性元素
其他(微生物、余氯、臭味、色度) 功能: 去除水中溶解态微量污染物
第七章 吸附 5
松花江污染事件
第七章 吸附
6
第一节 吸附的基本理论
第七章 吸附
7
7.1.1 吸附机理及分类
发生吸附的主要原因:
溶质的疏水特性

水相 水相 固相
极性基亲水,非极性基亲固
斜率=0.37 截距=2.0
0.6
0.4பைடு நூலகம்
0.2 0.1
在双对数坐标纸上作图
0.1 1.0
10 12 14 16 18
1/Ce (L/mg)
Ce (mg/L)
图7-3 吸附等温线的线性关系
A(L.式) 截距=1/a=2.0; 斜率=1/ab=0.375 故 a=0.5,b=2.0/0.375=5.33 qe=2.67Ce/(1+5.33Ce)
①比表面积 —单位重量吸附剂的表面积。

对于一定的吸附质,增大比表面的效果是有限的。对大 分子吸附质,比表面积过大的效果反而不好,因为微孔 提供的表面积不起作用。
②孔结构及大小。如图7-6所示。

内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。
• 孔径太大,比表面积小,吸附能力差;
• 孔径太小不利于吸附质扩散,并对直径较大的分子 起屏蔽作用。
Freundlich式在一般的浓度范围内与Langmiur式比较接近.
两者的区别是:在高浓度时前者不像后者那样趋于一定值;在 低浓度时,也不会还原为直线关系。
第七章 吸附 24
Freundlich等温式中n、K的确定
由实验数据按式(7-8) 以lgqe对lgCe作图,得一 直线
lgqe 1/n
吸附剂的表面化学性质 吸附质的化学性质。
利用化学吸附处理毒性很强的污染物更安全 。
第七章 吸附 11
(3)离子交换吸附
正负电荷间静电引力引起 吸附剂表面带电点 离子置换
影响因素:
离子电荷数
离子所带电荷越多,吸附越强
水化半径
电荷相同的离子,水化半径越小,越易被吸
第七章 吸附 20
② B.E.T等温式
假设前提:
吸附剂表面均一,各处的吸附能相同; 多分子层吸附,每一单层可用Langmuir式描述; 总吸附量等于各层吸附量之和。
由此导出的二常数B.E.T.等温式为:
BaCe qe (Cs Ce )[1 ( B 1)Ce / Cs ]
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