2023學(xué)年完整公開(kāi)課版吸附

第4章水的物理化學(xué)處理技術(shù)

（一）

吸附

主講人：王璇上期回顧2023/5/17新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院王璇1.污水的化學(xué)處理方法有哪些？2.影響混凝效率的因素有哪些？水力條件是指什么？3.消毒劑有哪些？其各自的特點(diǎn)是什么？消毒的投藥點(diǎn)在什么位置？投加量怎樣確定？目錄2023/5/17新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院王璇4.1吸附概述4.2吸附劑的種類(lèi)4.3吸附劑的再生4.4吸附操作及設(shè)備4.5應(yīng)用實(shí)例01生活中的吸附現(xiàn)象和應(yīng)用？廢水處理中為什么要采用此方法？5/17/2023新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院王璇第一節(jié)吸附概述吸附法對(duì)水的預(yù)處理要求高吸附劑的價(jià)格昂貴工業(yè)廢水中含有的難降解有機(jī)物，例如：塑料ABS樹(shù)脂和某些雜環(huán)化合物。廢水中微量污染物。達(dá)到深度凈化的作用。從高濃度的廢水中吸附某些物質(zhì)達(dá)到資源回收和治理的目的。第一節(jié)吸附概述1.1吸附基本原理吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過(guò)程。當(dāng)一種固體吸附劑表面與一種溶液接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生吸附現(xiàn)象。由于表面力的不平衡，在固體表面上就會(huì)積聚起一層溶質(zhì)分子。第一節(jié)吸附概述1.1吸附基本原理吸附：一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過(guò)程。吸附劑：具有吸附能力的物質(zhì)。（活性炭）吸附質(zhì)：被吸附在吸附劑表面的物質(zhì)。吸附作用力：通過(guò)氫鍵、偶極矩作用、范德華力和化學(xué)鍵力等多種化學(xué)作用和物化作用，使得吸附質(zhì)被吸附在吸附劑表面。脫附：與吸附作用相反，即吸附在吸附劑表面的吸附質(zhì)從吸附劑表面脫落的過(guò)程。第一節(jié)吸附概述1.2吸附的分類(lèi)根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可以分為物理吸附和化學(xué)吸附。1.物理吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間通過(guò)分子間力產(chǎn)生的吸附。2.化學(xué)吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間由化學(xué)鍵力產(chǎn)生的吸附。第一節(jié)吸附概述1.2吸附的分類(lèi)根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可以分為物理吸附和化學(xué)吸附。1.物理吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間通過(guò)分子間力產(chǎn)生的吸附。吸附熱小，低溫時(shí)就能進(jìn)行。吸附可逆?？尚纬蓡畏肿游綄踊蚨喾肿游綄?。一種吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快第一節(jié)吸附概述1.2吸附的分類(lèi)根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可以分為物理吸附和化學(xué)吸附。2.化學(xué)吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間由化學(xué)鍵力產(chǎn)生的吸附。吸附熱大，一般在較高溫度下進(jìn)行。吸附不可逆。只能形成單分子吸附層。一種吸附劑只能吸附一種或幾種吸附質(zhì)。吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線吸附劑吸附質(zhì)吸附脫附吸附平衡：當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不再改變而達(dá)到平衡。吸附量q（g/g）（吸附劑吸附能力的大小）：?jiǎn)挝恢亓康奈絼┧降奈劫|(zhì)的重量。第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線在溫度一定的條件下，吸附量隨吸附質(zhì)平衡濃度的提高而增加。把吸附量隨平衡濃度而變化的曲線稱(chēng)為吸附等溫線。1朗格繆爾公式（1）吸附劑表面均一，各處的吸附能相同；（2）吸附是單分子層。（3）被吸附分子之間沒(méi)有作用力。第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線1朗格繆爾公式取倒數(shù)第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線2

Freundlich弗勞德利希吸附等溫式qe=KCe1/nK——Freundlich吸附常數(shù);Ce——平衡濃度，mg/L。n——常數(shù)，通常n>1.1/n越小，吸附性能越好;1/n=0.1-0.5，容易吸附；1/n>2，則難吸附。1/n較大則采用連續(xù)吸附，反之采用間歇吸附。第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線3

B.E.T等溫式假定發(fā)生多分子層吸附。第一層吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)間的分子引力，而第二層以后是靠吸附質(zhì)分子間的引力?？偽搅康扔诟鲗游搅恐?第一節(jié)吸附概述1.3吸附等溫線由吸附平衡、吸附容量確定吸附劑的用量；選擇最佳的吸附劑；吸附劑的最佳吸附條件；不同吸附劑的吸附特性對(duì)比；混合吸附質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)吸附比較。吸附模型的工程意義第一節(jié)吸附概述1.4吸附的影響因素(1)吸附劑的種類(lèi):極性型，非極性型（物以類(lèi)聚）(2)顆粒大小:(3)比表面積:(4)顆粒的細(xì)孔構(gòu)造與分布:(5)表面化學(xué)性質(zhì):表面含氧官能團(tuán)的性質(zhì)－COOH、－OH等,有助于對(duì)極性分子的吸附物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)1.吸附劑的性質(zhì)：第一節(jié)吸附概述1.4吸附的影響因素2.吸附質(zhì)的性質(zhì)：（1）溶解度——越低越容易吸附。（2）濃度——吸附質(zhì)的濃度較低時(shí)，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至為一定值。（3）吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度?；钚蕴浚阂孜椒肿又睆捷^大的飽和化合物合成沸石：易吸附分子直徑小的不飽和化合物第一節(jié)吸附概述1.4吸附的影響因素3.操作條件的影響：(1)廢水的pH值----影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)(分子、離子、絡(luò)合物），也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學(xué)特性，進(jìn)而影響到吸附效果。例如:活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。(2)共存物質(zhì)----對(duì)于物理吸附，共存多種物質(zhì)時(shí)的吸附比單一物質(zhì)時(shí)的吸附要差。(3)溫度----吸附是放熱過(guò)程，低溫有利于吸附，升溫有利于解吸。(4)接觸時(shí)間---應(yīng)保證吸附達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間，而該時(shí)間的大小取決于吸附速度V，V大則所需時(shí)間短。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.1吸附劑的選擇原則

性能好：吸附量高，吸附速度快。再生效果好物化性能好價(jià)廉、來(lái)源廣第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑

活性炭、活性炭纖維；

吸附樹(shù)脂；

特殊吸附劑：活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩；

其它吸附劑：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑1.活性炭：（1）組成結(jié)構(gòu)：由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類(lèi)微晶質(zhì)碳素材料。（2）分類(lèi)：粉末—吸附能力強(qiáng)，制備易，成本低，再生難；顆?！杀靖?，可再生按習(xí)慣分：微孔<150nm中孔150-20000nm大孔>20000nm。

第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑1.活性炭：活性炭材料中有大量肉眼看不見(jiàn)的微孔，1克活性炭材料中微孔的總內(nèi)表面積可高達(dá)700－2300平方米，這就是活性炭吸附能力強(qiáng)和吸附容量大的主要原因。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑1.活性炭：（3）特點(diǎn)活性炭外觀是為暗黑色，吸附容量大，性能穩(wěn)定，抗腐蝕，能經(jīng)受水浸和高溫。在高溫解吸時(shí)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好，解吸容易，可反復(fù)使用，不產(chǎn)生二次污染。比重比水輕。（4）應(yīng)用一般情況下，對(duì)廢水中以BOD、COD等綜合指標(biāo)表示的有機(jī)物，如合成染料、表面性劑、酚類(lèi)、苯類(lèi)、有機(jī)氯、農(nóng)藥和石油化工產(chǎn)品等，都有獨(dú)特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級(jí)或三級(jí)處理的主要方法之一。

空氣凈化、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑2.樹(shù)脂吸附劑：結(jié)構(gòu)：立體結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀物，不溶于酸堿及一般溶液，表面積大。分類(lèi)：非極性，弱極性，極性，強(qiáng)極性。特點(diǎn)：價(jià)高，穩(wěn)定性高，選擇性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，比活性炭更容易再生。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑3.腐植酸類(lèi)吸附劑：組成—芳香結(jié)構(gòu)的,性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。含活性基團(tuán)，屬于陽(yáng)離子吸附劑。外觀為黑色粉狀、顆粒。溶于水，呈堿性，含有羥基、羧酸鹽等活性基團(tuán)。

吸附對(duì)象—金屬離子。第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑4.活性氧化鋁：組成：Al2O3水合物的無(wú)定形凝膠和氫氧化物晶體構(gòu)成的多空剛性骨架結(jié)構(gòu)物質(zhì)。特點(diǎn)：無(wú)毒，穩(wěn)定，在水中不溶脹、軟化或崩碎破裂，抗沖擊和耐磨損能力強(qiáng)。吸附極性分子的吸附劑。

第二節(jié)吸附劑的種類(lèi)2.2重要吸附劑5.天然礦物質(zhì)：活性白土、漂白土、硅藻土等含有SiO2、Al2O3等。6.沸石分子篩：結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學(xué)通式為：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表陽(yáng)離子，m表示其價(jià)態(tài)數(shù)，z表示水合數(shù)，x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后，水分子被除去，余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu)。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴，空穴之間有許多同直徑的孔（也稱(chēng)“窗口”）相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用，故得名分子篩。第三節(jié)吸附劑的再生3.1加熱再生法低溫法適用于吸附濃度較高的簡(jiǎn)單低分子量的碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C(jī)物的活性炭的再生。由于沸點(diǎn)較低，一般加熱到200℃即可脫附。一般采用水蒸氣再生，可直接在塔內(nèi)進(jìn)行再生。被吸附的有機(jī)物脫附后可利用。第三節(jié)吸附劑的再生3.1加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子。（1）原理

高溫下，吸附質(zhì)分子振動(dòng)，從吸附劑表面活性點(diǎn)脫附下來(lái)。高溫下，有機(jī)物分子成氣態(tài)分子逸出或成短鏈有機(jī)物。（2）再生過(guò)程脫水、干燥(100-150℃)、炭化(300-00℃)、活化(700-1000℃)。

（3）再生設(shè)備

立式多段再生爐、旋轉(zhuǎn)再生爐。第三節(jié)吸附劑的再生3.1加熱再生法高溫法適用于粒狀炭的再生，高溫加熱再生過(guò)程一般分5步進(jìn)行。1)脫水：使活性炭和輸送液分離。2)干燥：加溫到100~150℃，將細(xì)孔中的水分蒸發(fā)出來(lái)，同時(shí)使一部分低沸點(diǎn)的有機(jī)物也揮發(fā)出來(lái)。3)碳化：加熱到300~700℃，高沸點(diǎn)的有機(jī)物由于熱分解，一部分成為低佛點(diǎn)物質(zhì)而揮發(fā)，另一部分被碳化留在活性炭細(xì)孔中。4)活化：加熱到700~1000℃，使碳化后留在細(xì)孔中的殘留碳與活化氣體(如蒸氣、CO2、O2等)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物以氣態(tài)形式(CO2、CO、H2)逸出，達(dá)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。第三節(jié)吸附劑的再生3.1加熱再生法第三節(jié)吸附劑的再生3.2溶劑再生

（1）原理

吸附質(zhì)與溶劑的親和力大于與吸附劑的親和力。（2）常用再生劑

酸堿類(lèi)、有機(jī)溶劑。吸附的酚、醋酸可用氫氧化鈉再生。吸附的DDT可用異丙醇再生。第三節(jié)吸附劑的再生3.3其他再生方法

氧化法、生物法等生物再生法主要用于吸附質(zhì)為有機(jī)物的情況。利用微生物的作用，將被活性炭吸附的有機(jī)物氧化分解?；钚蕴吭偕?，炭本身及炭的吸附量都不可避免地會(huì)有損失。對(duì)加熱再生法，再生后的活性炭微孔減少，過(guò)渡孔增加，比表面積和碘值均有所降低。對(duì)于主要靠微孔的吸附操作，再生次數(shù)對(duì)吸附有較重要的影響。對(duì)于主要利用過(guò)渡孔的吸附操作，則再生次數(shù)對(duì)吸附性能的影響不大。第三節(jié)吸附劑的再生3.3其他再生方法第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.1工藝過(guò)程廢水預(yù)處理吸附排放靜態(tài)吸附動(dòng)態(tài)吸附間歇式操作廢水和吸附劑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成吸附固定床、流化床、移動(dòng)床去除廢水中影響吸附的雜質(zhì):懸浮物、油類(lèi)、膠體混凝、沉淀、過(guò)濾第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.1工藝過(guò)程靜態(tài)將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液操作方式固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過(guò)程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中動(dòng)態(tài)第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.2固定床固定床根據(jù)水流方向又分為升流式(up-flow)和降流式(down-flow)兩種。降流式出水水質(zhì)較好，水頭損失較大，易堵塞。升流式水頭損失小，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。不易堵塞，但吸附劑易流失。第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.2固定床39

粒狀活性炭吸附層固定床的操作是間斷的，因?yàn)槲斤柡秃笮枰鼡Q新炭固定床吸附塔示意圖第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.2固定床固定床不同的組合方式原水產(chǎn)品水產(chǎn)品水產(chǎn)品水原水原水

a）b）c）a－單塔b－多塔串連c－多塔并聯(lián)第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.2固定床穿透曲線

a．向一吸附柱內(nèi)裝填一定量的吸附劑（使用前必須浸泡24h以上）。b．以一定流量向吸附柱內(nèi)通過(guò)污水。c．測(cè)定出水中污染物濃度。d．作出Ce——時(shí)間曲線，如圖。

第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.2固定床穿透曲線吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層，在吸附帶下部的填充層幾乎沒(méi)有發(fā)生吸附作用，而在吸附帶上部的填充層已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。穿透曲線：以吸附時(shí)間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)，以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線叫穿透曲線。穿透點(diǎn)：當(dāng)出水吸附質(zhì)濃度Cb為(0.05~0.10)Co時(shí)所對(duì)應(yīng)的出水總體積或吸附時(shí)間的穿透曲線上的那一點(diǎn)叫穿透點(diǎn)。吸附終點(diǎn)：出水濃度Cx為(0.90~0.95)Co時(shí)所對(duì)應(yīng)的出水總體積的穿透曲線上的那一點(diǎn)叫吸附終點(diǎn)（耗竭點(diǎn)）。第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.3移動(dòng)床移動(dòng)床的運(yùn)行操作方式是原水從吸附塔底部流入和吸附劑進(jìn)行逆流接觸，處理后的水從塔頂流出，再生后的吸附劑從塔頂加入，接近吸咐飽和的吸附劑從塔底排出，即吸附劑由上而下移動(dòng)，所以稱(chēng)為移動(dòng)床。按吸附劑排出的方式又分為間歇移動(dòng)床和連續(xù)移動(dòng)床。移動(dòng)床充分利用吸附劑的吸附容量，水頭損失小。第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.3移動(dòng)床44

粒狀活性炭吸附層新的或再生后的活性炭移動(dòng)床的進(jìn)出水是連續(xù)的，活性炭的進(jìn)出可以是連續(xù)的也可以是間斷的第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.4流動(dòng)床可使用小顆粒的吸附劑，吸附劑一次投量較少，不需反洗，設(shè)備小，生產(chǎn)能力大，預(yù)處理要求低。運(yùn)轉(zhuǎn)中操作要求高，不易控制，同時(shí)吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度要求高。第四節(jié)吸附操作及設(shè)備4.4流動(dòng)床流動(dòng)床吸附塔構(gòu)造示意圖46

第五節(jié)