污水處理用活性炭你知道多少?
活性炭是一種非常優(yōu)良的吸附劑,它是利用木炭、竹炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等作為原料,通過物理和化學方法對原料進行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成?;钚蕴烤哂形锢砦胶突瘜W吸附的雙重特性,可以有選擇地吸附氣相、液相中的各種物質(zhì),以達到脫色精制、消毒除臭和去污提純等目的。
吸附性質(zhì)是活性炭的首要性質(zhì)?;钚蕴烤哂邢袷Яs無規(guī)則地排列的微晶,在活化過程中微晶間產(chǎn)生了形狀不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分:微孔小于1.0nm、中孔 1~25nm、大孔大于25nm。活性炭微孔的孔隙容積一般只有0. 25~0. 9Ml/g,孔隙數(shù)量約為 1020 個/g, 全部微孔比表面積約為500~1500㎡/g , 也有稱高達3500 ~5000㎡/g的。這些孔隙特別是微孔提供了巨大的表面積。
活性炭幾乎95% 以上的表面積都在微孔中,因此微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容積一般約為0. 02~1.0mL/g, 比表面積最高可達幾百平米,能為吸附物提供進入微孔的通道,又能直接吸附較大的分子。大孔的孔隙容積一般約為0. 2 -0.5mL/ g , 比表面積約0.5 ~2㎡/g, 其作用一是使吸附質(zhì)分子快速深入活性炭內(nèi)部較小的孔隙中去;二是作為催化劑載體,作為催化劑載體時,催化劑只有少量沉淀在微孔內(nèi),大都沉淀在大孔和中孔之中。
(二)影響活性炭吸附的主要因素
由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復雜,因此影響因素也較多,主要有活性炭的性質(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)。
1. 活性炭的性質(zhì)
用于水處理的活性炭應有三項要求:吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。活性炭的吸附容量除其他外界條件外,主要與活性炭比表面積有關(guān),比表面積大,微孔數(shù)量多,可吸附在細孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關(guān),水處理用的活性炭,要求過渡孔(半徑2. 0~100nm )較為發(fā)達,有利于吸附質(zhì)向微細孔中擴散?;钚蕴康牧6仍叫∥剿俣仍娇欤^損失要增大,一般在8~30目范圍較宜?;钚蕴康臋C械耐磨強度,直接影響活性炭的使用壽命。
2.吸附質(zhì)(溶質(zhì)或污染物)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。
(1)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酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。
(2)分子大小與化學結(jié)構(gòu)
吸附質(zhì)分子的大小和化學結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內(nèi)擴散速度的影 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。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族 的有機物易于吸附。
(3)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)。
(4)吸附質(zhì)濃度
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。
3. 溶液pH
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pH值達到某個范圍時,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。在實際應用中,應通過試驗確定最佳pH值范圍。
4.溶液溫度
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。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。用活性炭處理污水時,溫度對吸附的影響不顯著。
5. 多組分吸附質(zhì)共存
應用吸附法處理水時,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。
6. 吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時,外擴散(液膜擴散)速度對吸附有影響,所以吸附裝管的型式、接觸時間(通水速度)等對吸附效果都有影響。
本文作者:董帝豪
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