吸附分液相吸附和氣相吸附兩類,液相吸附能力常以吸附等溫線進(jìn)行評價,氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價。
吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統(tǒng)中被吸附物質(zhì)的分壓或濃度與吸附量之間的關(guān)系,即當(dāng)保持溫度不變,可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關(guān)系。以剩余濃度為橫軸,以活性炭單質(zhì)量的吸附量為縱軸可繪出關(guān)系曲線。
當(dāng)保持分壓或濃度不變,可測得平衡吸附量和溫度間的變化關(guān)系,繪出關(guān)系曲線,即吸附等壓線。由于在工業(yè)裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態(tài)下進(jìn)行,所以吸附等溫線最為重要和常用。
溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能,可用顆?;钚蕴康乃穆然嘉铰实臏y定為例,在規(guī)定的試驗條件下,即規(guī)定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下,持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭,當(dāng)達(dá)到吸附飽和時,活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質(zhì)量與試樣質(zhì)量之百分比作為四氯化碳的吸附率。
活性炭應(yīng)用中對于吸附能力,最好用實際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進(jìn)行評價測試。
活性炭的吸附量,即單位活性炭所吸附的吸附質(zhì)的量,工業(yè)上也有稱為活性炭的活性,活性有兩種表示方法:
靜活性-----即通常所指的吸附劑達(dá)到平衡的吸附量。
動活性----是指流體混合物通過活性炭床層,其中吸附質(zhì)被吸附,經(jīng)一些時間的運作,活性炭床層流出的流體中開始出現(xiàn)含有一定的吸附質(zhì),說明活性炭床層失去吸附能力,此時活性炭上已吸附的吸附質(zhì)的量,就稱為活性炭的活性。是設(shè)計大量的、經(jīng)常的、重要的吸附系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)。
用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標(biāo)準(zhǔn)實用方法,可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。
選用粉狀活性炭還是粒狀活性炭
要根據(jù)具體工藝目的結(jié)合兩種活性炭的各自優(yōu)點而選用。
粉狀活性炭通常在液相應(yīng)用,加入液體后經(jīng)攪拌混合、過濾或沉降,而得所要的液體。以粉狀活性炭處理的優(yōu)點是:適用于間歇工藝;易控制加入量;可利用現(xiàn)成過濾設(shè)備;價格較低。
粒狀活性炭可用于液相,也可用于氣相。一般將要處理的液體或氣體連續(xù)通過活性炭柱。以粒狀活性炭處理的特點是:適用于連續(xù)工藝與自動控制;較少活性炭耗量,使用的炭/液比高;較易清潔操作;因價較高大量使用時應(yīng)予再生,且較易再生。
怎樣認(rèn)識活性炭應(yīng)用中的安全問題
通常都認(rèn)為應(yīng)用活性炭沒有安全問題,但實際沒有絕對的安全,對活性炭應(yīng)用中的安全不能掉以輕心,對活性炭的性質(zhì)和不安全的可能性要有所認(rèn)識。
A、關(guān)于著火
1) 活性炭不列入危險品類,但是可燃的。著火后不會發(fā)生有焰燃燒,只是陰燃。
2)活性炭不會自燃,在空氣中可能會著火,與汽油、柴油等混合,可引起燃燒。
3)活性炭燃燒時如果通風(fēng)不足,會生成有毒的一氧化碳。
B、關(guān)于貯存
1) 活性炭必須存放在盡可能防火的建筑內(nèi)。
2)活性炭不可與氧化劑混放
3)貯放處禁止明火,火花和吸煙
C、關(guān)于使用
1)要選用活性炭,含有對吸附物有催化分解或聚合作用雜質(zhì)的活性炭。 2)要預(yù)計活性炭在吸附或解吸過程中發(fā)生分解或聚合造成腐蝕和發(fā)熱的可能性。
選用活性炭時,常將活性炭加水進(jìn)行投料,或采用特殊不揚(yáng)塵的投料器。
談?wù)劵钚蕴窟^濾原理
活性炭的吸附原理是:在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度,再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi),使用初期的吸附效果很高。但時間一長,活性炭的吸附能力會不同程度地減弱,吸附效果也隨之下降。如果水族箱中水質(zhì)混濁,水中有機(jī)物含量高,活性炭很快就會喪失過濾功能。所以,活性炭應(yīng)定期清洗或更換。
活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。一般來說,活性炭顆粒越小,過濾面積就越大。所以,粉末狀的活性炭總面積最大,吸附效果最佳,但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中,難以控制,很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動,水中有機(jī)物等雜質(zhì)在活性炭過濾層中也不易阻塞,其吸附能力強(qiáng),攜帶更換方便。
活性炭的吸附能力和與水接觸的時間成正比,接觸時間越長,過濾后的水質(zhì)越佳。注意:過濾的水應(yīng)緩慢地流出過濾層。新的活性炭在第一次使用前應(yīng)洗滌潔凈,否則有墨黑色水流出?;钚蕴吭谘b入過濾器前,應(yīng)在底部和頂部加鋪2~3厘米厚的海綿,作用是阻止藻類等大顆粒雜質(zhì)滲透進(jìn)去,活性炭使用2~3個月后,如果過濾效果下降就應(yīng)調(diào)換新的活性炭,海綿層也要定期更換。
活性炭水處理的主要影響因素
由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復(fù)雜,因此影響因素也較多。主要與活性炭的性質(zhì)、水中污染物的性質(zhì)、活性炭處理的過程原理以及選擇的運轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條件等有關(guān)。
一、活性炭的性質(zhì)
由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上,所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一,比表面積越大,吸附性能越好。
因為吸附過程可看成三個階段,內(nèi)擴(kuò)散對吸附速度影響較大,所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷,也影響吸附的效果。
用于水處理的活性炭應(yīng)有三項要求:吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好?;钚蕴康奈饺萘扛狡渌饨鐥l件外,主要與活性炭比表面積有關(guān),比表面積大,微孔數(shù)量多,可吸附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān),水處理用的活性炭,要求過渡孔(半徑20~1000A)較為發(fā)達(dá),有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水頭損失要增大,一般在8~30目范圍較宜,活性炭的機(jī)械耐磨強(qiáng)度,直接影響活性炭的使用壽命。
二、吸附質(zhì)(溶質(zhì)或污染物)的性質(zhì)
同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
(一)溶解度
對同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低,而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。
如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
(二)分子構(gòu)造
吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內(nèi)擴(kuò)散速度的影響,吸附質(zhì)(溶質(zhì))分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附。芳香族的有機(jī)物較脂肪族的有機(jī)物易于吸附。
(三)極性
活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑,對水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。
(四)吸附制裁(溶質(zhì))
吸附質(zhì)的濃度在一定范圍時,隨著濃度增高,吸附容量增大。因此吸附質(zhì)(溶質(zhì))的濃度變化,活性炭對該種吸附質(zhì)(溶質(zhì))的吸附容量也變化。
三、溶液pH的影響
溶液pH值對吸附的影響,要與活性炭和吸附質(zhì)(溶質(zhì))的影響綜合考慮。
溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度,當(dāng)pH值達(dá)到某個范圍時,這些化合物就要離解,影響對這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會影響吸附質(zhì)(溶質(zhì))的溶解度,以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)(溶質(zhì))的帶電情況。
由于活性炭能吸附水中氫、氧離子,因此影響對其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機(jī)污染物質(zhì)的效果,一般隨溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0時,不易吸附,pH值越低時效果越好。在實際應(yīng)用中,通過試驗確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因為液相吸附時吸附熱較小,所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應(yīng)。吸附熱,即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)(溶質(zhì))放出的總熱量,以KJ/mol為單位。吸附熱越大,溫度對吸附的影響越大。
另一方面,溫度對物質(zhì)的溶解度有影響,因此對吸附也有影響。
用活性炭處理水時,溫度對吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應(yīng)用吸附法處理水時,通常水中不是單一的污染物質(zhì),而是多組分污染物的混合物。在吸附時,它們之間可以共吸附,互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下,多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。
六、吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時,外擴(kuò)散(液膜擴(kuò)散)速度對吸附有影響,所以吸附裝置的型式、接觸時間(通水速度)等對吸附效果都有影響。
綜上所述,影響吸附的因素很多,應(yīng)綜合分析,根據(jù)具體情況,選擇最佳吸附條件,達(dá)到最好的吸附效果。