污染控制化學8PPT學習教案

1、會計學1污染控制化學污染控制化學8 吸附的定義： 利用多孔性固體表面存在未平衡的分子引力或化學鍵力，把混合物某一（些）組分吸留在固體表面上，這種分離混合物過程稱吸附。第1頁/共31頁2007年度諾貝爾化學獎獲得者年度諾貝爾化學獎獲得者格哈特格哈特埃爾特（埃爾特（GerhardErtl）第2頁/共31頁獲獎及生日同賀（2007-10-10，71歲）第3頁/共31頁 人們早就知道，氮肥對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言具有舉足輕重的作用。而埃特爾研究發(fā)現(xiàn)，氨的合成反應在鐵催化劑表面進行時效率大大提高，使這一技術的產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實，這給人類社會的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。 此外，汽車尾氣中含有大量一氧化碳，如果不加

2、凈化則會對人類生活造成危害。埃特爾有關一氧化碳在金屬鉑表面的氧化過程的研究，催生了汽車尾氣凈化裝置。第4頁/共31頁第5頁/共31頁I類：活性碳吸附有機氣體(微孔吸附劑)II類：非孔性硅膠或TiO2吸附N2（多層吸附）III類：硅膠吸附Br2 （分子作用力弱）IV類：石墨吸附水（有限的多層吸附）V類：活性碳吸附水（分子吸引效應大）第6頁/共31頁 吸附等溫方程 典型的吸附曲線模型 Langmiur 吸附等溫線 Freundlich 吸附等溫線第7頁/共31頁溶液中Langmiur吸附等溫線的推導：A+BC吸附質(zhì)吸附質(zhì)吸附劑吸附劑吸附分子吸附分子t = 0 C0t = t C (1- ） 請推導

3、：X = KXmC/(1+KC) 其中 =X/Xm第8頁/共31頁Freundlich吸附等溫方程式 )125(lg1lglgpnkV溶液中的吸附溶液中的吸附lgX=lgK+1/nlgC)115(/1nkpV第9頁/共31頁第10頁/共31頁石墨層狀結(jié)構(gòu)第11頁/共31頁FE-SCM：場發(fā)射掃描電鏡（field-emission scanning electron microscopy）第12頁/共31頁第13頁/共31頁 活性炭對溶解性有機物的處理 1,2-二溴乙烷1,2-二氯乙烷1.1.1-三氯乙烷（3.5）1,2-二氯代苯020040060010000.10.20.30.40.50平衡濃

4、度平衡濃度(mg/L)活活性性碳碳吸吸量量(L/kg碳碳)圖圖5-9活性炭對一些非離子性有機化合物的吸附等溫線活性炭對一些非離子性有機化合物的吸附等溫線第14頁/共31頁 活性炭的比表面 活性炭具有較大的比表面積。 以水蒸汽或以氯化鋅為活性劑制備的活性炭，其比表面為1000m2/g 左右； 以KOH等堿作為活化劑制備的高比表面活性炭，其比表面可達3000m2/g。 如用核桃殼作為原料，用KOH活化生產(chǎn)的活性炭，其碘吸附值和亞甲基蘭值都是普通水蒸汽法的兩倍。第15頁/共31頁活性炭的再生 （1）脫水：使活性炭與輸送液分離。 （2）干燥：加溫到100-150，將細孔中的水分蒸發(fā)出來。 （3）碳化：

5、加熱到300-700，高沸點的有機受熱分解，一部分成為低沸點物質(zhì)而揮發(fā)，另一部分被碳化留在活性炭細孔中。 （4）活化：加熱到700-1000，使碳化后留在細孔中的殘留碳與活化氣體（如蒸汽、CO2、O2等）反應，反應產(chǎn)物以氣態(tài)形式（CO2、CO、H2）逸出，達到重新造孔的目的。 （5）冷卻：活化后的活性炭用水急劇冷卻，防止氧化。 第16頁/共31頁活性炭吸附有機物的穿透曲線 C0C0C0C0C0 C=0C=CbCC0C0CxCCb0VbVeVx耗竭點耗竭點穿透單位床截面的廢水總體積穿透單位床截面的廢水總體積出出水水濃濃度度圖圖5-10活性炭吸附柱的工作過程活性炭吸附柱的工作過程穿透點穿透點第17

6、頁/共31頁 例：以粉末活性炭固定床吸附某工業(yè)廢水中的有機物，進水中有機碳濃度C0=100mg/L，出水的有機碳允許濃度Cb=20mg/L，吸附終點濃度Cx=90mg/L。在實驗室中以裝載量1L (401g)的活性炭柱作了動態(tài)試驗并得出了穿透曲線（見圖5-11）。試計算達到穿透點和吸附終點時的活性炭吸附量。 解題步驟P105第18頁/共31頁10080604020012345VxVb出水出水TOC1(g/m3)通水量通水量(m3)圖圖5-11活性炭固定床的穿透曲線活性炭固定床的穿透曲線第19頁/共31頁納米材料及其應用納米材料及其應用納米材料的定義：納米材料是指微觀結(jié)納米材料的定義：納米材料是

7、指微觀結(jié)構(gòu)至少在一維方向受納米尺度（構(gòu)至少在一維方向受納米尺度（1100nm）調(diào)）調(diào)制的各種固體材料。制的各種固體材料。其性能主要由三個方面決定：其性能主要由三個方面決定：1、納米結(jié)構(gòu)單元、納米結(jié)構(gòu)單元2、界面（或自由表面）、界面（或自由表面）3、單元之間的交互作用、單元之間的交互作用第20頁/共31頁納米材料的制備方法：納米材料的制備方法： 目前，納米材料的制備已有很多方法，分類方法亦多種多樣： （1）按制備方法可分為粉碎法(Breaking-down)和構(gòu)造法(Building-up process)； （2）按制備原理可分成物理制備法和化學制備法。 （3）按物態(tài)可分成納米薄膜、納米粒子和

8、納米塊材的制備； （4）按加工的物料形態(tài)主要可分成固相法、氣相法和液相法三大類。 第21頁/共31頁 固相法 固相反應法 該法是將金屬鹽或金屬氧化物按一定比例充分混合，研磨后進行煅燒，通過發(fā)生固相反應直接制得超微粉，某些場合仍需再次粉碎得到超微粉。 例如：固相反應： BaCO3 + TiO2 BaTiO3 + CO2 （在800 1200下煅燒） 這種方法制備超微粉比較簡單，生成的粉末容易結(jié)團，經(jīng)常需要二次粉碎，成本較高。第22頁/共31頁 液相法 溶膠一凝膠法 金屬醇鹽的水解和聚合反應制備金屬氧化物或金屬氫氧化物的均勻溶膠，然后將溶膠濃縮成透明凝膠，經(jīng)干燥、熱處理可得到納米微粒。 影響因素：

9、pH值、溶液濃度、反應溫度和時間等。 優(yōu)點：低溫制備、粉徑分布均勻、化學活性大，可制備傳統(tǒng)方法不能或難以制備的產(chǎn)物。因而得到廣泛應用。第23頁/共31頁 沉淀法 包括直接沉淀法、均勻沉淀法和共沉淀法。 其中共沉淀法已被廣泛用于制備鈣鈦礦型材料、尖晶石型材料、敏感材料、鐵氧體，稀土納米粉體及螢光材料的超微粉。 第24頁/共31頁 氣相法 （1）氣體蒸發(fā)法（2）氣相化學反應法 氣相化學反應法是讓一種或幾種氣體在高溫下發(fā)生熱分解或其它化學反應，從氣相中析出超微粉，也叫化學氣相沉積法（CVD）。 第25頁/共31頁 納米材料的性質(zhì) 納米效應（1）小尺寸效應（體積效應）是指當粒子的尺寸小于光的波長的1/

10、2時，光線會繞過材料粒子而使材料呈現(xiàn)透明性。 例如，粗晶半導體Si、Ge等不發(fā)光，當其粒徑減小至納米級，其會發(fā)出可見光，并且隨粒徑進一步減小，光強增加，發(fā)光光譜逐漸藍移。第26頁/共31頁（2）表面與界面效應 巨大的比表面和表面壓力。（3）量子尺寸效應（久保效應，1962） 金屬超微粒子中電子數(shù)較少，電子在能級上的分布不再遵守費米分布規(guī)律，小于10 nm 的納米微粒強烈地趨向于電中性，呈現(xiàn)出對材料比熱、磁化率和超導電性的影響。 （4）宏觀量子隧道效應 量子效應：電子既具有粒子性又具有波動性,宏觀規(guī)律已不再適用，即電子存在隧道效應（量子效應），而微顆粒的一些宏觀物理量, 如磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應, 故將此稱之為宏觀的量子隧道效應。第27頁/共31頁 納米材料的性能 （1）光學性能（2）電學性能（3）磁學性能（4）燒結(jié)性能（5）吸附、儲氫性能（6）納米陶瓷的超塑性能第28頁/共31頁納米材料對污染物分離控制納米材料對污染物分離控制 納米鈦酸鈷(CoTiO3) ：石油脫硫催化劑 ； Zr0.5Ce0.5O2納米粉體：汽車尾氣凈化催化劑； 納米碳和納米陶瓷：冰箱除臭劑和污水凈化劑； 納米TiO2：光反應催化劑