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哪些因素影响活性炭的吸附?
(一)
①活性炭吸附剂的性质
其接触表面积越大,吸附能力就越强;活性炭是非极性分子,易于吸附非极性或极性很低的吸附质;活性炭吸附剂颗粒的大小,细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。
②吸附质的性质
取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等
③废水PH值
活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。
PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响,从而影响吸附效果。
④共存物质
共存多种吸附质时,活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差
⑤温度
温度对活性炭的吸附影响较小
⑥接触时间
应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。
活性炭化学性
活性炭的吸附除了物理吸附,还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构,又取决于化学组成。
活性炭不仅含碳,而且含少量的化学结合、功能团开工的氧和氢,例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物和络合物,有些来自原料的衍生物,有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分,灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类,如碳酸盐和磷酸盐等。
这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。
活性炭催化性
活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应,表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。
由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在,对多种反应具有催化剂的活性,例如使氯气和一氧化碳生成光气。
由于活性炭和载持物之间会形成络合物,这种络合物催化剂使催化活性大增,例如载持钯盐的活性炭,即使没有铜盐的催化剂存在,烯烃的氧化反应也能催化进行,而且速度快、选择性高。
由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性,可作为催化剂的载体。例如,有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中,活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。
活性炭机械性
(1)粒度:采用一套标准筛筛分法,求出留在和通过每只筛子的活性炭重量,表示粒度分布。
(2)静观密度或堆密度:饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。
(3)体积密度和颗粒密度:饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。
(4)强度:即活性炭的耐破碎性。
(5)耐磨性:即耐磨损或抗磨擦的性能。
这些机械性质直接影响活性炭应用,例如:密度影响容器大小;粉炭粗细影响过滤;粒炭粒度分布影响流体阻力和压降;破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生。
(二)
影响吸附的因素有三方面:
A、 活性炭方面
理想的活性炭要具有在多孔中能容纳最大重量的吸附质的内表面和大孔容。微孔多的活性炭倾向于吸附小分子,大孔多的活性炭倾向于吸附较大的分子。因此总表面和孔容的数据不能用来评估活性炭的可能有效性。
B、 吸附质方面
一般有机物的吸附随着分子量的增加而增加,直至分子太大进不了炭孔。非极性有机物较极性有机物更易从水溶液中被吸附,有其他有机物混存时会影响吸附,一般无机物不易被吸附。易液化或高沸点的气体较易吸附。混合气体中,纯净状态下易被吸附的气体优先被吸附。
C条件方面
温度影响扩散速率和吸附平衡,扩散速率与黏率有关,提高温度会提高扩散速率,而达到平衡加快,但是最终的吸附量也较低。压力增高,气体的吸附量增大,尤其常压下吸附性较小的气体,这是变压吸附的基础。
PH值会影响溶液中有色物的吸附。许多有色化合物在不同PH值下会改变结构和色泽,在不同的PH值下会改变结构和色泽,在不同的PH值下用同样的活性炭处理同样的溶液,一般在较代PH值下有较佳的吸附。
由于活性炭制造时活化条件的不同而PH有异,为配合应用,活性炭PH值可在制造时调整。
怎样评价活性炭的吸附能力
吸附分液相吸附和气相吸附两类,液相吸附能力常以吸附等温线进行评价,气相吸附能力以溶剂蒸气吸附量评价。
吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质的分压或浓度与吸附量之间的关系,即当保持温度不变,可测得平衡吸附量和分压或浓度间的变化关系。以剩余浓度为横轴,以活性炭单质量的吸附量为纵轴可绘出关系曲线。
当保持分压或浓度不变,可测得平衡吸附量和温度间的变化关系,绘出关系曲线,即吸附等压线。由于在工业装置中少量成分吸附大致在等温状态下进行,所以吸附等温线最为重要和常用。
溶剂蒸气吸附量表示气相吸附性能,可用颗粒活性炭的四氯化碳吸附率的测定为例,在规定的试验条件下,即规定的炭层高度、气流比速、吸附温度、测定管截面积、四氯化碳蒸气浓度的条件下,持含有一定四氯化碳蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭,当达到吸附饱和时,活性炭试样所吸附的四氯化碳的质量与试样质量之百分比作为四氯化碳的吸附率。
活性炭应用中对于吸附能力,最好用实际拟用的活性炭、操作的条件、具体的处理物进行评价测试。
活性炭的吸附量,即单位活性炭所吸附的吸附质的量,工业上也有称为活性炭的活性,活性有两种表示方法:
静活性-----即通常所指的吸附剂达到平衡的吸附量。
动活性----是指流体混合物通过活性炭床层,其中吸附质被吸附,经一些时间的运作,活性炭床层流出的流体中开始出现含有一定的吸附质,说明活性炭床层失去吸附能力,此时活性炭上已吸附的吸附质的量,就称为活性炭的活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系统所需的数据。
用液相等温线法测定活性炭吸附能力的标准实用方法,可用于测定原始的和再活化的和粉状活性炭的吸什能力。
活性炭在液相中有哪些除杂作用
活性炭在液相工艺中应用大都涉及去除杂质一类的精制或净化,其主要作用有:
脱色、去除着色及其前体等杂质;脱臭、去除呈臭及其前体等杂质;脱异味杂质;脱硫类杂质;去除胶体类杂质;去除油类杂质;去除起泡类杂质;去除放射性类杂质;去除溶液中防碍过滤;结晶和纯度的杂质;去除水中三氯甲烷、氯等杂质;去除致浑浊杂质;去除热源杂质;去除废水中有害的杂质。
活性炭的比表面积越大、吸附力一定越大吗?
一般来说活性炭的比表面积(BET)越大,吸附力也越大,但是有时候却不一定。
BET是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的一种广用的参数。按理BET越大,吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局限性,因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别,有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进入。
在液相应用中,通常有机物的吸附值分子量(分子大小)的提高而提高。直到分子大到不能进孔为止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小,吸附物进不了;孔太大,使单位体积的表面积减少。
在气相应用中,小分子被吸附进入微孔。这时总表面积的概念是合用的。至于活性炭对金属络合物的吸附,涉及化学键的形成,也不是BET越大越好。
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