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果壳活性炭的吸附容量与吸附速度

时间:2018/5/14 9:23:36

1、果壳活性炭的吸附容量

吸附容量(adsorptive capacity)是指吸附剂(果壳活性炭)对吸附质吸附能力的大小,即单位吸附剂所吸附的吸附质的量,单位为mg/g或其他。

吸附是一种界面现象,要想使吸附质具有较高的吸附容量,吸附质必须是具有很大比表面积的多孔物质,比表面积(specific surface area)是指单位质量的物质(果壳活性炭)所具有的表面积,果壳活性炭的比表面积可达1000-1300m2/g。

果壳活性炭的吸附容量

当用果壳活性炭吸附水中有机物或其他吸附质时,是以物理吸附为主,所以吸附剂与吸附质之间不存在简单的化学计量关系,影响吸附容量大小的因素,除吸附剂和吸附质的性质以外,还与温度和平衡浓度有关。当用不同的果壳活性炭对相同的吸附质进行吸附试验时,或用同一种果壳活性炭对不同的吸附质进行吸附试验时,所得的平衡吸附容量是不同的。当果壳活性炭和水中被吸附的吸附质都确定的情况下,果壳活性炭的平衡吸附容量Qe只与平衡浓度Pe和温度T有关。如果试验温度也不变,则Qe只与Pe有关。在温度一定的情况下,利用Qe与Pe所得的关系曲线,称为吸附等温线(adsorption isotherm)。

吸附等温线的绘制是将逐点测得不同平衡浓度时的吸附容量,绘制在吸附容量-平衡浓度坐标体系中。以果壳活性炭为例,其测定方法为:先将试验的果壳活性炭洗涤干燥,研磨至200目以下,在一系列磨口三角瓶中放入同体积同浓度的吸附质(如有机物)溶液,然后加入不同数量的果壳炭样品,在恒温情况下振荡,达到吸附平衡后,测定吸附后溶液中剩余吸附质浓度,按下式计算单位质量活性炭的平衡吸附容量Qe:

Qe=V(Po-Pe)/M,mg/g

式中:V为水样体积,L;Po、Pe为水中吸附质的初始质量浓度和平衡质量浓度(或称剩余质量浓度),mg/L;M为果壳活性炭投加量,g。

由于各厂家对描述吸附平衡现象采用了不同的假设和模型,因此推导出各种类型的吸附等温线。在水处理领域内,常见的吸附等温线有三种:弗里德里希(Freundlich)型、朗格缪尔(Langmuir)型和BET型。每一种都对应一个吸附方程式,但这些方程式是相互有联系的。

2、果壳活性炭的吸附速度

吸附速度(adsorbing velocity)是指单位质量的吸附剂(果壳活性炭)在单位时间内吸附的吸附质的质量,单位为mg/g.min。吸附速度越快,所需要的接触时间就越短,不仅可以减少设备和材料,而且还有利于提高出水水质。

果壳活性炭的吸附速度测定与吸附容量测定相似,也是在一定浓度的吸附质溶液中加入一定果壳炭,并充分振荡让其吸附。每隔一定时间测定吸附质溶液中剩余溶度,按下式计算吸附速度V:

V=V1(Po-Pe)/M

式中:V为t时间内平均吸附速度,mg/g.min;t为吸附时间,min;V1为试样体积,L;Po为吸附质初始浓度,mg/L;Pe为吸附t时间后取样测定的剩余溶度,mg/L;M为果壳活性炭投加量,g。

在水处理的实际应用中,通常把果壳活性炭等吸附剂作为一种过滤材料,让水以过滤的方式通过果壳炭吸附层。在此过程中,水中的吸附质从液相转移到固相果壳活性炭的表面上。这个过程可看作是由液膜扩散、细孔内扩散和细孔内表面的吸附反应三个过程组成的。而吸附速度的快慢主要是由液膜扩散和细孔内扩散决定的,因为吸附反应速度是很快的。

果壳活性炭的吸附速度

液膜扩散:当将果壳活性炭放入含有吸附质的水中,或让含有吸附质的水流过炭层时,靠近果壳炭表面的吸附质很快被吸附,水中吸附质在水流的作用下向果壳炭表面移动,并不断被果壳活性炭吸附,从而使靠近果壳炭表面的水中吸附质浓度与远离果壳炭表面的水中吸附质浓度不同即存在一个浓度梯度。这样就可以假想在果壳炭表面和外侧水溶液之间有一个溶液层,通常称为液膜。液膜的厚度与水流的紊动条件有关,一般假设为0.01-0.lmm,在液膜中,吸附质是通过扩散作用从液膜外表面向层内转移的,这种扩散称为液膜扩散。

内扩散:移动到果壳活性炭表面的吸附质,一部分就地被吸附在果壳炭的外表面上,剩余的部分在浓度梯度的推动下沿着细孔孔道向内部慢慢转移,并不断被吸附在细孔的壁面上,这种扩散称为内扩散(也叫颗粒扩散)。

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