1、CompanyLOGO第第 10 章章吸 附Adsorption第第1节节 概概 述述一、吸附一、吸附 某种物质某种物质( (离子或分子离子或分子) ) 在另一种物质表面或微在另一种物质表面或微孔内积聚的现象。孔内积聚的现象。二、吸附剂和吸附质二、吸附剂和吸附质 吸附剂：吸附剂：具有吸附性能的物质。具有吸附性能的物质。 特点：多孔固体，比表面积大。特点：多孔固体，比表面积大。 吸附质：吸附质：能被吸附剂吸附的物质。能被吸附剂吸附的物质。三、吸附类型三、吸附类型第第1节节 概概 述述吸吸附附剂剂表表面面物理吸附物理吸附分子间力分子间力v 无选择性，分子引力随无选择性，分子引力随分子量增大而增加；
2、分子量增大而增加；v 表面能降低，放热表面能降低，放热; ;v 无化学反应发生。无化学反应发生。化学吸附化学吸附化学键力化学键力v 吸附剂与吸附质之间发吸附剂与吸附质之间发生了化学反应。生了化学反应。交换吸附交换吸附静电引力静电引力v 表面能降低，靠吸附质表面能降低，靠吸附质离子与吸附剂表面带电离子与吸附剂表面带电点上的静电引力聚集在点上的静电引力聚集在吸附剂表面，同时放出吸附剂表面，同时放出等当量等当量的同号离子。的同号离子。 (一一) 吸附平衡吸附平衡 当溶液中吸附质的当溶液中吸附质的浓度和吸附剂单位吸附浓度和吸附剂单位吸附量不再发生变化时，达量不再发生变化时，达到了到了吸附平衡吸附平衡。
3、 mVmxei)(第第1节节 概概 述述四、吸附平衡与吸附等温线四、吸附平衡与吸附等温线平衡吸附量平衡吸附量平衡浓度平衡浓度( (二二) ) 平衡吸附模型平衡吸附模型 1、Freundlich吸附等温式吸附等温式nefmxK/1第第1节节 概概 述述 式中：式中：xx吸附量；吸附量； mm吸附剂量；吸附剂量； e e平衡浓度；平衡浓度； K Kf f、nn常数。常数。enfmxKlglglg1 2 Langmuir吸附等温式吸附等温式 模型要点：吸附剂表面活性点分布均匀,每点吸附一个分子或 离子；单分子层吸附；吸附质所占面积相同。 eebmxbmx1)/(000)/(11)/(1)/(1mxm
4、xbmxe第第1节节 概概 述述11ebemxmxb0)/(e很低时，很低时，eebb10)/(/mxmxe很高时，很高时， 3 BET吸附等温式吸附等温式 模型要点：为多分子层吸附，模型要点：为多分子层吸附，每一层符合每一层符合Langmuir吸附等温式。吸附等温式。00)/(1)/(1)/)(mxBmxBBmxseese第第1节节 概概 述述 直线形式：直线形式： 当当 、B1时，时， BET吸吸 附等温式变成附等温式变成Langmuir吸附等温式。吸附等温式。se0( /)()1 (1)()eseesBx mxmB0( /)1()esesBx mxmBeebmxbmx1)/(0( (一一
5、) ) 吸附剂的性质吸附剂的性质 1 1 物理性质：孔的大小、比表面积；物理性质：孔的大小、比表面积； 2 2 表面化学特性：表面的极性。表面化学特性：表面的极性。五、影响吸附的因素五、影响吸附的因素( (二二) ) 吸附质的性质吸附质的性质 1 1 溶解度；溶解度； 2 2 分子量；分子量； 3 3 分子极性；分子极性；第第1节节 概概 述述 ( (三三) ) 操作条件操作条件 温度：物理吸附、化学吸附；温度：物理吸附、化学吸附； pH pH 值：影响吸附质的存在状态和吸附剂表面特性。值：影响吸附质的存在状态和吸附剂表面特性。 接触时间：接触时间： 共存物质：诱发物；干扰物；共存物质：诱发物
6、；干扰物； 生物协同作用：繁殖微生物，有利于有机物的分解。生物协同作用：繁殖微生物，有利于有机物的分解。第第1节节 概概 述述由吸附平衡、吸附容量确定吸附剂的用量；由吸附平衡、吸附容量确定吸附剂的用量；选择最佳的吸附剂；选择最佳的吸附剂；吸附剂的最佳吸附条件；吸附剂的最佳吸附条件；不同吸附剂的吸附特性对比；混合吸附质的竞争吸不同吸附剂的吸附特性对比；混合吸附质的竞争吸附比较。附比较。 第第1节节 概概 述述六、吸附模型的工程意义六、吸附模型的工程意义第第 2 节节 吸附剂吸附剂二、重要吸附剂二、重要吸附剂 活性炭、活性炭纤维；活性炭、活性炭纤维； 吸附树脂；吸附树脂； 特殊吸附剂：活性氧化铝、
7、硅胶、沸石分子筛；特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛； 其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。一、吸附剂选择原则一、吸附剂选择原则 性能好：吸附量高，吸附速度快。性能好：吸附量高，吸附速度快。 再生效果好再生效果好 物化性能好物化性能好 价廉、来源广价廉、来源广动动态态实实验验v 串联级数串联级数v 吸附周期吸附周期v 通水倍数通水倍数m3/kgv 空塔流速空塔流速vv 接触时间接触时间 t = h/vv 设备规模设备规模v 投资及运行投资及运行费用费用静静态态实实验验v 水质条件水质条件v 吸附时间吸附时间v 饱和吸附量饱和吸附量v 单位废水吸单位废水吸附
8、剂用量；附剂用量； 一一 、设计参数的来源、设计参数的来源1 借鉴同类设计参数 2 进行吸附实验 吸吸 附附实实验验提供设计参数提供设计参数第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计最佳吸附最佳吸附剂选择剂选择吸附类型吸附类型确定确定二二 、静态吸附试验、静态吸附试验第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计x/meu 吸附类型吸附类型u 饱和吸附量饱和吸附量第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计三三 、动态吸附实验、动态吸附实验(一一) 实验过程实验过程(二二) 吸附容量吸附容量 q qdVCCAbVb00)(动mAq动动过程中发生吸附的区域过程中发生吸附的区域(三三) 吸附带吸附带 (2)
9、吸附带推进速度吸附带推进速度S 式中：Q 进水量；进水量； C0 进水浓度进水浓度 dB 填充密度填充密度 B 截面积截面积BdqQCSB动0obaoba进水出水/oobbooaaf (1) 吸附带饱和分数吸附带饱和分数f 吸附带中已吸附污吸附带中已吸附污染物吸附剂所占百分数染物吸附剂所占百分数第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计 (3) 吸附带高度吸附带高度)(abttS (4) q动、动、q静与吸附层高度静与吸附层高度H的关系的关系第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计四、设计四、设计(一一) 工艺流程与设备工艺流程与设备废水废水预处理预处理吸
10、吸 附附排放间歇式操作废水和吸附剂在相对废水和吸附剂在相对运动过程中完成吸附运动过程中完成吸附固定床、流化床、移动床固定床、流化床、移动床去除废水中影去除废水中影 响吸附的杂质响吸附的杂质:悬浮物、油类、胶悬浮物、油类、胶 体体混凝、沉淀、过滤混凝、沉淀、过滤排放u悬浮物、油类、胶体悬浮物、油类、胶体;u水质、水量调节水质、水量调节l 混凝、沉淀、气浮混凝、沉淀、气浮l 调节池调节池 中和中和第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计过过滤滤吸吸附附有机物有机物胶体胶体厌氧厌氧好氧好氧好氧好氧u曝气生物滤池曝气生物滤池u生物炭技术生物炭技术uMBBRu混凝沉淀混凝沉淀(气浮气浮)u催化氧化催化氧
11、化生生化化废水废水预处理预处理深度处理技术深度处理技术u高效物化技术高效物化技术u强化生物技术强化生物技术固固定定床床流流动动床床第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计流化床流化床第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计 1 吸附塔吸附塔 塔径塔径1.03.5m；填充高度；填充高度3.010m；填充层与塔径比；填充层与塔径比14。 2 控制条件控制条件 容积速度：容积速度：固定床 2m3/m3h； 移动床 5m3/m3h以下。 空塔流空塔流(线线)速：速：固定床 2.010.0m/h； 移动床 10.030.0m/h。 接触时间接触时间：1050min(二二) 工艺设计工艺设计第第 3 节节
12、 吸附工艺设计吸附工艺设计原水浓度C0穿透浓度Ca处理水量（L）出水浓度（mg/L）1020304050600246810AB1#柱柱#23柱#1abVVn 3 连续吸附串联级数的确定连续吸附串联级数的确定 穿透曲线计算穿透曲线计算; ; 公式公式: : 第第 3 节节 吸附工艺设计吸附工艺设计 1 原理原理 高温下，吸附质分子振动，从吸附剂表面活性点脱附下来。高温下，吸附质分子振动，从吸附剂表面活性点脱附下来。 高温下，有机物分子成气态分子逸出或成短链有机物。高温下，有机物分子成气态分子逸出或成短链有机物。 2 再生过程再生过程 脱水、干燥脱水、干燥(100150)、炭化、炭化(300700
13、 )、活、活化化(7001000 )。 3 再生设备再生设备 立式多段再生炉、旋转再生炉。立式多段再生炉、旋转再生炉。第第 4 节节 吸附剂的再生吸附剂的再生一、加热再生一、加热再生 1 原理原理 吸附质与熔剂的亲和力大于与吸附剂的亲和力。吸附质与熔剂的亲和力大于与吸附剂的亲和力。 2 常用再生剂常用再生剂 酸碱类、有机溶剂。酸碱类、有机溶剂。 吸附的酚、醋酸可用氢氧化钠再生。吸附的酚、醋酸可用氢氧化钠再生。 吸附的吸附的DDT可用异丙醇再生。可用异丙醇再生。二、溶剂再生二、溶剂再生三、其它再生方法三、其它再生方法 氧化法、生物法等氧化法、生物法等第第 4 节节 吸附剂的再生吸附剂的再生第第
14、5节节 应用及进展应用及进展给水处理给水处理u 嗅、味的吸附净化；嗅、味的吸附净化；u 微量污染物的吸附净化。微量污染物的吸附净化。一、应用一、应用废水处理废水处理u 典型有机污染物的吸附回收典型有机污染物的吸附回收(酚、苯等酚、苯等)；u 组合工艺的达标把关措施；组合工艺的达标把关措施；u 活性炭生物强化技术；活性炭生物强化技术；u 生物活性碳技术；生物活性碳技术；u 高级氧化技术（催化剂载体）高级氧化技术（催化剂载体）v 混凝混凝砂滤砂滤活性炭吸附工艺处理废旧塑料清洗废水活性炭吸附工艺处理废旧塑料清洗废水v水解水解- -接触氧化接触氧化- -气浮气浮- -生物活性炭工艺处理印染废水生物活性
15、炭工艺处理印染废水第第 5节节 应用及进展应用及进展深度处理方法，处理对象浓度低；深度处理方法，处理对象浓度低；处理的对象便于再生和回收；处理的对象便于再生和回收；避免二次污染。避免二次污染。二、注意事项二、注意事项例题例题例题例题: 进水总有机碳为：进水总有机碳为：100mg/L； 出水容许浓度为：出水容许浓度为：20mg/L； 活性炭容重为：活性炭容重为：401g/L； 柱中碳体积为柱中碳体积为1L。 求：求： (1) 吸附总有机碳量吸附总有机碳量: 终点终点Cb=90%C0,出水出水4300L。 根据根据 进行图解积分得：进行图解积分得： 吸附总有机碳量为吸附总有机碳量为266.5g。
16、(2) 终点活性炭吸附量终点活性炭吸附量266.5/401=0.66g/g; (3) 穿透点活性炭吸附量穿透点活性炭吸附量130.5/401=0.33g/g; (4) 串联级数串联级数 例题例题dVCCAbVb00)(动4.3113.6941.6baVnV 1、活性炭为什么具有很强的吸附作用？什么物质易、活性炭为什么具有很强的吸附作用？什么物质易 为活性炭吸附？为活性炭吸附？2、什么叫吸附等温线？有什么实用意义？、什么叫吸附等温线？有什么实用意义？3、简述活性炭的再生方法和机理。、简述活性炭的再生方法和机理。4、如何绘制动态吸附的穿透曲线？有什么实用价值？、如何绘制动态吸附的穿透曲线？有什么实用价值？5、何为吸附柱的穿透点？到达穿透点时，吸附柱处、何为吸附柱的穿透点？到达穿透点时，吸附柱处于什么状态？于什么状态？作业作业CompanyLOGO
