浅谈活性炭吸附在水处理过程中的应用.ppt

浅谈活性炭吸附在水处理过程中的应用 演讲人：×× 1 活性炭分类及制作过程 2活性炭的结构 3 活性炭的化学性质 4 活性炭吸附机理和影响因素 5活性炭在水处理中的应用 6硫酸根自由基氧化再生活性炭 1 活性炭分类及制作过程 按生产原料可分为：煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭和合成活性炭。按其形状可分为：粉末活性炭、颗粒活性炭、破碎状炭、球形碳、中空微球状炭、纤维状活性炭、蜂巢状活性炭、活性炭成型物。 活性炭是原料经粉碎加黏合剂成型后，再经加热脱水、碳化、活化等工艺制的。碳化也称为热解，是在隔绝空气的条件下通过对制作活性炭的原材料进行加热。活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料进行加热，以制造活性炭产品。 ? (a) 活化前 (b) 活化后 图 1-1 活化前后活性炭晶体的片状结构 2活性炭的结构 活性炭是以碳为主要成分的吸附材料，结构比较复杂，一般认为活性炭是由类似石墨的碳微晶按“螺层形结构”排列，由于微晶间强烈交联形成了发达的孔隙结构。 活性炭的孔径可分为微孔、中孔和大孔。大孔隙处多发生物理吸附，比表面积所占比例很小，一般为0.5~2.0m2/g，在吸附中作为吸附质分子的通道，也可作为化学反应的主要场所而使用在非均相催化等方面。 中孔既是吸附质分子的通道，支配吸附过渡，又可发生毛细管凝结，是运输及吸附物质的重要场所，其比表面积20~70m2/g。 微孔对小分子量有机物的吸附性能很好，是活性炭吸附容量和比表面积的主要贡献方面，比表面积高达几百至几千m2/g。 图 1-2 活性炭孔隙结构 3 活性炭的化学性质 活性炭的表面化学性质主要体现在所含的多种官能团：含氧官能团，含氮官能团及卤素、硫、氢等元素的官能团。其中含氧官能团数目众多，是主要的活性基团，形式多样，有羟基、羧基、酚基、内酯及醌等。它们影响着活性炭的酸碱性，亲疏水性，吸附及催化性。 图1-3 活性炭表面含氧官能团 4 活性炭吸附机理和影响因素 活性炭的吸附作用通常包含以下几个步骤： 1）外扩散：外界空间中的被吸附组分穿过气体、液体膜扩散到达固体表面 2）内扩散：被吸附组分通过固体表面进入活性炭的微孔道，在微孔道的吸附气、液相中扩散到微孔表面 3）吸附：已进到微孔表面的被吸附组分被固体所吸附固定 4）脱附：被吸附的组分有一部分脱附，离开微孔道表面 5）内反扩散：脱附的组分从孔道内的气、液相扩散至活性炭的外表面 6）外反扩散：脱附的组分分子从外表面反扩散，经气、液膜进入外空间的气、液相中，完成脱附 ?? 活性炭对吸附质总体的吸附速度受每个步骤不同程度影响，总的吸附速度体现为上述6个步骤的共同结果。 吸附作用包括物理吸附和化学吸附，物理吸附由吸附质与吸附剂分子间引力所引起，结合力较弱，吸附热比较小，容易脱附。 化学吸附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起,常是不可逆的，吸附热通常较大。在物理吸附中往往发生多分子层吸附，在化学吸附中，基本是单分子层吸附。 5活性炭在水处理中的应用 活性炭颗粒内部孔隙结构发达，其比表面积可达1000m2/g，活性炭具有很强的吸附能力，在水处理中，活性炭吸附可用于去除水中的有机物、脱色、除嗅味。 活性炭对分子量在500~3000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般能够达到70%~86.7%，易于吸附苯类化合物、小分子量腐殖质等。对分子量在500~1000的腐殖质可吸附面积达活性炭吸附面积的25%；对低分子极性强的有机物和大分子有机物吸附效果不明显。 用于水处理的活性炭应具备以下三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。 活性炭的吸附容量主要与活性炭比表面积有关，比表面积大，微孔数量多，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。 吸附速度主要与粒