吸附與化學(xué)沉淀.ppt

1、1,第八章 吸附與化學(xué)沉淀,第1節(jié) 吸 附,2,一：吸附原理與類型,1 原理： 一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過程吸附，是一種相界面上的反應(yīng)。 可以發(fā)生在氣液界面、氣固、液固 在水處理中，主要討論的是液固界面。,3,固相物質(zhì)：吸附劑，一般為多孔性物質(zhì) 液相中被吸附物質(zhì)：吸附質(zhì) 吸附法是指水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面（吸附劑）而被去除的方法。 為什么吸附劑有吸附能力呢？這主要與表面張力、表面能的變化有關(guān)。,4,2類型：,1） 物理吸附： 2）化學(xué)吸附： 3）離子交換吸附,5,1） 物理吸附： 分子間的作用力所引起的。 吸附熱較小，可在低溫下進(jìn)行。 過程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于

2、熱運(yùn)動還會離開吸附劑表面） 相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質(zhì)（由于分子力是普遍存在的），但吸附質(zhì)極性不同，吸附量不同。 可形成單分子吸附層或多分子吸附層,6,2）化學(xué)吸附： 由化學(xué)鍵力引起的產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。 如石灰吸附CO2 CaCO3 吸附熱大，一般在較高溫下進(jìn)行 具有選擇性，單分子層吸附。 化學(xué)鍵力大時，吸附不可逆。,7,3）離子交換吸附 靜電引力，吸附質(zhì)的離子吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，同時吸附劑也放出一個等當(dāng)量離子。 離子電荷越多，吸附越強(qiáng)。 離子水化半徑越小，越易被吸附 在水處理中，三種吸附的綜合表現(xiàn)。,8,二、吸附劑 具有一定吸附能力的多孔物質(zhì)都可以作吸附劑。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣

3、活性碳是水處理中應(yīng)用最為廣泛的吸附劑。,9,原料：木材、煤，經(jīng)高溫炭化和活化而成。 碳化：把原料熱解成碳渣，溫度：300400度 活化：形成發(fā)達(dá)的細(xì)孔。 氣體法：通入水蒸汽，溫度在920960度； 藥劑法：加入氧化鋅、硫酸、磷酸等,10,三、吸附等溫線,1吸附平衡 當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，溶液中的吸附質(zhì)濃度不在改變時 吸附平衡,11,吸附劑吸附能力的大小用吸附量q（g/g）表示。達(dá)到吸附平衡時， q = V(C0-C)/W (g/g) V：廢水容積 W：活性炭投量 C：吸附平衡時，溶液中溶質(zhì)濃度 增加W C和q 發(fā)生變化,12,2.吸附等溫線與等溫式,吸附等溫線：在某一溫度條件下，吸附量隨

4、吸附質(zhì)平衡濃度的變化的曲線。有I型和II型兩種類型。,13,14,1）弗蘭德利希(Freundlich)吸附等溫式（經(jīng)驗(yàn)公式） q = KC1/n log q = log K + 1/n log C 1/n越小，說明吸附可在相當(dāng)寬的濃度范圍下進(jìn)行。 一般認(rèn)為 1/n = 0.1 0.5 時容易吸附,15,2）朗謬爾（Langmuir）吸附等溫式；基于單分子層吸附推導(dǎo)出來。 q = aqsC/(1+aC) a:吸附平衡常數(shù) qs:飽和吸附量 C:平衡濃度,16,3）BET式：描述II型吸附，多層分子吸附模式，各層符合朗謬爾吸附。,17,四、影響吸附的因素,1吸附劑的性質(zhì) 細(xì)孔分布：活性炭的情況

5、微孔2 nm，占總比表面的95：主要支配吸附量 過渡孔2-100nm，5：起通道和吸附作用 大孔100-10000 nm，不足1：主要起通道作用，影響吸附速度。,18,比表面： 活性炭比表面積：5001700m2/g。比表面積越大，吸附量越大。但應(yīng)注意對一些大分子，微孔所提供的比表面積基本上不起作用。所以有時也不能單純用比表面積來評價。 表面化學(xué)特性： 活性炭本身是非極性的，但由于表面共價健不飽和易與其它元素如氧、氫結(jié)合，生成各種含氧官能團(tuán)。目前已證實(shí)的含氧官能團(tuán)有：OH基、COOH基。,19,2吸附質(zhì)的性質(zhì) 溶解度：對活性炭而言，溶解度越低，越易被吸附 界面張力：越使溶液界面張力減小的物質(zhì)越

6、易被吸附。 極性：活性炭易吸附非極性或極性很低的物質(zhì)。 分子量和不飽和度：與沸石相比，活性炭易吸附分子較大的飽和化合物，但分子量一般不超過1000。 溶質(zhì)濃度,20,3操作條件： pH值：對吸附劑及吸附質(zhì)都有影響。活性炭一般在酸性溶液中有較高的吸附率。 溫度：物理吸附是放熱過程。 共存物質(zhì)：競爭吸附 接觸時間：取決于吸附速度,21,五、吸附操作方式與設(shè)計,1吸附操作方式： 靜態(tài) 動態(tài)： 固定床 移動床 流化床,22,降流式固定床型吸附塔構(gòu)造示意圖,23,24,2.吸附容量和穿透曲線的利用,1） 靜態(tài)試驗(yàn)： 通過吸附等溫線，得到靜態(tài)吸附容量，選擇碳型、粗略估計處理每噸廢水所需的吸附劑量 2）動態(tài)

7、試驗(yàn)： 穿透曲線,25,26,穿透點(diǎn)：a，Ca=0.05-0.1 C0 吸附終點(diǎn)：b, Cb=0.9-0.95C0 通水倍數(shù)：單位重量吸附劑所能處理的水的總體積。 單柱時，處理水量：Va，通水倍數(shù) n=Va/M M：碳量 多柱時，處理水量：Vb，通水倍數(shù)n =Vb/M,27,要使活性炭充分飽和，又能保證出水水質(zhì)，一般可采用多柱串聯(lián)使用。,28,動態(tài)吸附容量：曲線積分 穿透曲線與操作條件，空塔速度（m/h，）、接觸時間有關(guān)。 利用穿透曲線，確定合理串聯(lián)級數(shù)、使用周期、通水倍數(shù)、空塔速度（線速度m/h和體積速度1/hQ/V）、接觸時間。,29,3）工藝設(shè)計通水倍數(shù)法,選定吸附操作方式及吸附裝置型式

8、 參考經(jīng)數(shù)據(jù)值，選擇空塔速度（一般210m/h）。 作動態(tài)吸附試驗(yàn)，求吸附劑動態(tài)吸附容量和通水倍數(shù) 根據(jù)處理水量和空塔速度，計算吸附裝置面積和直徑。 根據(jù)空塔速度，計算吸附裝置層高。 計算吸附塔填充活性炭的體積和重量 根據(jù)通水倍數(shù)計算每天需再生的飽和炭量。,30,六、活性炭再生,1）加熱再生： 一般采用高溫再生。 脫水（活性炭與液體分離）干燥（100150度）炭化（300700度）（一部分有機(jī)物揮發(fā)，一部分被炭化，留在活性炭細(xì)孔中） 活化（用蒸汽）冷卻,31,2藥劑再生：酸堿、有機(jī)溶劑 3化學(xué)氧化法：濕式氧化、臭氧 4生物再生法：,32,七、應(yīng)用,1.在微污染水源凈化中的應(yīng)用 除嗅、除味、除色

9、，去除微量有機(jī)物 2. 城市污水深度處理 生物難以去除、一般氧化法難以氧化的溶解性物質(zhì)，對廢水中絕大部分有機(jī)物吸附能力強(qiáng)。 采用活性炭時，活性炭對有機(jī)物的吸附與有機(jī)物的溶解度、極性、分子量有關(guān)。,33,3工業(yè)廢水處理 1含重金屬廢水 對無機(jī)物的吸附雖然研究較少，但已有研究表明：活性炭對某些金屬及其化合物有很強(qiáng)的吸附能力，如：銻、鉍、錫、汞、六價鉻等。 2）有機(jī)廢水 染料廢水、火藥（三硝基苯：TNT）廢水等,34,第二節(jié)：化學(xué)沉淀,一、原理 投加某種化學(xué)藥劑（沉淀劑）使與水中的溶解物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 生成難溶鹽類降低水中溶解性物質(zhì)的含量 一般用于處理含重金屬廢水,35,利用溶度積原則。 難溶鹽在飽和溶

10、液中溶解與沉淀的平衡： MmNn = mMn+ + nNm- 平衡常數(shù) K Mn+mNm-n/MmNn 溶度積L Mn+mNm-n 根據(jù)上述原理，可以判斷溶液是否有沉淀 加入帶N離子的藥劑，降低水中M離子的濃度,36,分級沉淀：數(shù)種離子都能與同一種離子生成沉淀時，可根據(jù)溶度積來判斷： L1/L2的比值來確定。 如果L1實(shí)/L2實(shí)L1/L2,先發(fā)生L1沉淀。 例：溶液中同時存在Ba2+、CrO42-、SO42-，先發(fā)生何種沉淀？ Ba2+ + SO42- -BaSO4 LBaSO4 =1.1*10-10 Ba2+ + CrO42-BaCrO4 LBaCrO4=2.3*10-10,37,LBaSO

11、4 / LBaCrO4=1/2.09 若SO42- / CrO42- 1/2.09 則先發(fā)生BaSO4沉淀 若SO42- / CrO42- 1/2.09 則兩種沉淀同時發(fā)生 若SO42- / CrO42- 1/2.09 則先發(fā)生BaCrO4沉淀,38,分類： 氫氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 鋇鹽沉淀法,39,二、氫氧化物沉淀法 金屬氫氧化物的溶解平衡 M(OH)n = Mn+ + n OH- 金屬氫氧化物的溶度積 LMn+ OH-n,40,金屬氫氧化物的生成條件受pH影響。 水的離子積K水H+ OH- 1014 lgMn+ = 14 n n pH p LM(OH)n x n pH 價數(shù)越高，pH對金屬濃度的影響越大。,41,一般投加石灰對于不準(zhǔn)備回收的低濃度廢水。 注意：對于有些金屬離子，如Zn, Pb, Cr, Al氫氧化物為兩性物質(zhì)，PH過高會產(chǎn)生羥基絡(luò)合物，重新溶解。 如 Zn(OH)2 + 2OH Zn(OH)42- 因此，控制適當(dāng)?shù)膒H是非常重要的。,42,三、硫化物沉淀法 金屬硫化物比氫氧化物更難溶解。 沉淀劑：H2S，Na2S，KS MS M2+ + S2- M2+ = LMS/S2-,43,使用H2S時, H2S可以分級電離 H2S = H+ + HS- K1 HS- = H+ + S2- .K2 M