,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三节 吸附,吸附作用,是一种物质的原子或分子附着在另一物质的表面上的过程，或简单地说成,物质在固体表面上或微孔内积聚的现象,，因此，吸附过程涉及一种物质由一相向另一物质的一,相表面,或这两种物质的,相界面,处转移和浓缩的过程。,3.1,吸附机理,对于废水来说，吸附作用发生在,固体表面,。,这种能起吸附作用的固体物质称为,吸附剂,。它往往是多孔性的，也就是说，这种具有吸附性的多孔固体不仅具有较大的,外表面,，而且还具有巨大的,内表面积,，吸附作用也主要是在内表面上进行的。,固体,表面的分子、原子或离子,同液体表面一样，所处的,力量是不对称、不饱和,的，即存在一种固体的表面力，它能将外界的分子、原子或离子吸附到固,-,液界面上形成分子层。被吸附在界面上的分子层称为,吸附物,。,3.1,吸附机理,按吸附剂与吸附物之间,作用力,的不同，吸附分为三种类型：,物理吸附,:,吸附剂和吸附物通过,分子力,（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。,只要在范德华力作用范围内，吸附在吸附剂表面的吸附可以是,单分子层,，也可以是,多分子层,。,分子在固体表面受物理吸附后，吉布斯自由能下降（,G,），从而导致熵的减少（,S,），也此焓（,H,G,TS,）也减少，因此是一个,放热,过程，同时活化能很低，可以在,低温,下进行。,物理吸附是可逆的，即吸附分子在吸附到吸附剂上的同时，由于热运动而离开固体的表面。这种使分子脱离吸附剂表面的过程为,解吸或脱吸,。,3.1,吸附机理,化学吸附,吸附剂和吸附物之间,存在着电子转移或偏移,而发生化学反应，称为化学吸附。化学吸附后，吸附物和吸附剂的活化中心基团之间形成了牢固的化学键，此时，吸附剂和吸附物丧失了各自的独立性。化学吸附的,活化能较高,，一般需要在较高的温度下进行，另外，化学吸附的选择性较强，吸附后只能是,单分子层吸附,，且吸附后较为稳定，不易解吸。,交换吸附,在废水中，吸附作用不仅限于中性分子的吸附，还常发生,离子的吸附,。由于吸附剂活性中心上的离子和吸附物中相反电荷的离子,静电吸引,，吸附物的离子可以在吸附剂表面富集，并,和同电荷离子进行交换,，这种交换称为交换吸附或称离子交换过程。,3.1,吸附机理,在废水中吸附过程存在以下规律：,在废水中，凡能使固体,吸附剂表面自由能降低得最多,的污染物，其吸附量最大，被吸附的能力也最强。一般说来，溶解度越小的物质越易被吸附。,吸附物和吸附剂之间的,极性相似,时易被吸附，即极性吸附剂易于吸附极性污染物，非极性吸附剂易于吸附非进行污染物。,较高的,吸附温度,对物理吸附为主的吸附是不利的，而对化学吸附过程是有利的。,3.2,吸附平衡与吸附等温线,3.2.1,吸附平衡,吸附过程是吸附物在吸附剂上,吸附和解吸同时进行,的一个过程，当吸附速度和解吸速度相等时，废水中吸附物的浓度和单位重量吸附剂的吸附量不在发生变化时，吸附达到平衡：,当达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂上的吸附量,q,可以衡量吸附剂吸附能力的大小，计算如下：,q,是通过静态实验测定，以吸附平衡为前提。,3.2.2,吸附等温线和吸附等温式,平衡吸附模型,在恒定温度下，到达吸附平衡时，吸附量与溶液中吸附物浓度之间的关系为一函数，表示这一函数关系的数学式称为,吸附等温式,。根据这一关系绘制的曲线，称为,吸附等温线,。,3.2.2,吸附等温线和吸附等温式,平衡吸附模型,弗劳德利希（,Freundlish,）等温式,c,e,为吸附物在溶液中平衡浓度。,对上式取对数得，,以,lg,q,和,lgc,e,为坐标，绘制成,一条以,1/n,为斜率、以,lgk,f,为,截距的直线。,适用于,中等浓度的废水,适用于,单分子层吸附和,多分子层吸附,。,3.2.2,吸附等温线和吸附等温式,平衡吸附模型,朗格缪尔,langmuier,等温式及等温线,这个等温式是建立在固体吸附剂对吸附物质的吸附，只在吸附剂表面的,吸附活化中心,进行的基础上。其作用范围大致为分子大小，每个活化中心只能吸附一个物质分子，当表面的活化中心全部被占满时，吸附量达到饱和值。在吸附剂表面上分布成一吸附物质的,单分子层,。由动力学吸附和解吸速率达平衡推导而得该等温式为：,q,0,为达到饱和时单位吸附剂上极限吸附量，,b,为吸附平衡常数，即吸附速度常数与解吸速度常数之比，,c,e,为吸附平衡时溶液中吸附物浓度。,3.2.2,吸附等温线和吸附等温式,平衡吸附模型,该式稍作转换，得：,分别以,q,c,e,和,c,e,/q,c,e,作图，得：,3.2.2,吸附等温线和吸附等温式,平衡吸附模型,这些数学模型吸附方程的工程意义在于：,1,、由吸附容量确定吸附剂用量；,2,、选择最佳吸附条件；,3,、比较选择同种吸附剂对不同吸附物质的最佳吸附条件；,4,、依据不同吸附物质的吸附特性，对比混合物质的竞争吸附，来指导动态吸附。,3.3,吸附动力学,吸附是一个非均相反应，在吸附过程中经历三个连续阶段：,第一个阶段为吸附物质的,颗粒外部扩散,，亦称为,膜扩散,阶段；,第二阶段为吸附物质的,孔扩散,阶段；,第三阶段为,吸附反应,阶段。,由于吸附反应速率一般均比第一、第二阶段的速率快，因此，吸附速率主要由膜扩散速度和孔扩散速度来控制。,3.3.1,膜扩散起控制作用时的反应速率讨论,固体吸附剂和废水之间形成一层流体边界膜，即,液膜,，吸附物在液膜中的扩散传递速率为：,该式实际表现为吸附物在液膜中的扩散传递速率是吸附物通过液膜传递前后浓度差的一级反应，这一浓度差为当吸附过程受液膜扩散起控制作用时的推动力。,因此，对于吸附过程，可以采取一些措施，来,减少液膜厚度,、增加扩散传递系数、增大传质面积，如加速液体的流动或该填充床为沸腾床，等等措施，,使得膜扩散,为控制阶段,转变成孔扩散,为控制阶段的吸附传质过程。,3.3.2,孔扩散起控制作用时的反应速率讨论,吸附物在吸附剂内部孔中的扩散传递速率为：,K,s,为内部孔隙中吸附物的传质系数,A,为吸附剂内表面积（或孔隙总面积）,q,i,为与通过液膜后吸附物在液体中的浓度,c,i,相平衡时的吸附量,q,为某一时刻的吸附量或平均吸附量。,该式同样显示出孔扩散时的扩散传递速率表现出为吸附量差值的一级反应速率。,K,s,也受多种因素影响，是一特征参数：,为吸附物在固相内扩散系数,为填充床密度,R,为吸附剂颗粒半径。,为提高孔扩散速率，减小吸附剂颗粒的粒径是有利的，因此采用粉末活性炭比粒状活性炭有利，但由于它在填充床中阻力的增加，因此可以采用间歇式反应器。,3.3.2,孔扩散起控制作用时的反应速率讨论,3.3.3,影响吸附的因素,从以上吸附平衡和动力学讨论中可见，影响吸附的因素主要来自三个方面：吸附的特性、吸附物的特性和操作条件：,吸附,剂,的物理化学性质,吸附剂内外表面的性质：吸附活性的大小、吸附活性基团的特性、内外比表面积的大小及吸附剂内部孔结构及其分布是影响吸附量和吸附速度的主要因素。,吸附,物,的物理化学性质,吸附物的极性大小、化学活泼性和分子大小等也是影响吸附量和吸附速率的主要因素之一。,3.3.3,影响吸附的因素,废水的,pH,由于废水,pH,不仅影响了吸附物存在的形式和物理化学性质，而且对吸附剂的特性也有影响，如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等。,温度,由于温度吸附本质的影响，化学吸附需高温而物理吸附不需升温，对废水处理而言，加热废水需要大量能耗，故一般以物理吸附来处理废水。,杂质的影响,当废水中悬浮物含量较高时，会堵塞吸附剂的表面孔隙或覆盖外表面，影响吸附的正常进行。另外，吸附物之间存在竞争吸附时，必须考虑其对吸附过程的影响。,3.4,吸附反应器及其设计,吸附剂,:,吸附容量大，再生容易，有一定的机械强度，耐磨、耐压、耐腐蚀性强，密度较大而在水中有较好的沉降性能，价格低廉，来源充足等。,常见的有：硅藻土、硅酸、活性氧化铝、矿渣、炉渣、活性炭、合成的大孔吸附树脂、腐殖酸。,3.4,吸附反应器及其设计,活性炭,结构中除微晶体中的碳原子的共价键结合而使其表面呈非极性结构，由于在制作过程中的高温活化而使其表面存在各种不同的有机官能团，呈现一定程度的弱极性。,它对废水中有机物的吸附能力较大，特别适于去除废水中微生物难以降解的或用一般氧化法难以氧化的溶解性有机物。,苯酚数表示活性炭去除味觉和气味化合物的能力,碘值表示吸附低分子量化合物的能力,糖值表示吸附大分子量化合物的能力。,3.4,吸附反应器及其设计,大孔吸附树脂,是一种合成的吸附剂，是坚硬、不溶于水的多孔性高聚物的球状树脂。大孔吸附树脂可利用选择适当的单体，改变其极性，以适应不同的用途。它可以分为非极性、中等极性、和强极性三种。非极性的大孔吸附树脂由苯乙烯和而乙烯苯聚合而成的，中等极性大孔吸附树脂具有甲基丙烯酸酯的结构，而强极性大孔吸附树脂主要含硫氧基、,N-O,基及磺酸基的官能团。,3.4,吸附反应器及其设计,腐殖酸,是一组芳香结构的、性质与酸性物质相似的复合混合物。腐殖酸含有的活性基团包括羟基、羧基、氨基、磺酸基、甲氧基等，具有较强的吸附阳离子的能力。,用作吸附剂的腐殖酸类物质有两大类：一类是天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，直接或经过简单处理后用作吸附剂；一类是把富含腐殖酸的物质用适当的粘结剂制成腐殖酸系树脂，造粒成型。,3.4,吸附反应器及其设计,静态吸附,废水在不流动的条件下进行的吸附操作称为静态操作。静态操作是间歇操作CMBR。即将一定量的吸附剂投入待处理的废水中，不断搅拌，达到吸附平衡后，再用沉淀或过滤的方法使废水和吸附剂分开。,3.4,吸附反应器及其设计,动态吸附,废水连续通过吸附剂层时，运行初期出水中吸附物浓度几乎为零。随着时间的推移，上层吸附剂达到饱和，床层中发挥吸附作用的区域下移，吸附带前面的床层尚未起作用，出水中吸附物浓度仍然很低。当吸附带前端下移至吸附剂层底端时，出水浓度开始超过规定值，此时称床层穿透（对应的浓度,C,B,为穿透点），以后浓度迅速增加。当吸附带后端下移到床层底端时，整个床层接近饱和，出水浓度接近进水浓度，此时称床层耗竭（出水浓度达到进水浓度的,90%95%,时，对应的浓度,C,E,为吸附终点）。,将出水浓度随时间（或出水体积）变化作图，得到的曲线称穿透曲线。,吸附带的移动和穿透曲线,床层穿透,（对应的浓度,C,B,为穿透点,对应的吸附量为动活性，,是静活性即平衡吸附量的,80%85%,）,床层耗竭,(,对应的浓度,C,E,为吸附终点,对应的吸附量为饱和吸附量,),动活性,饱和吸附量,平衡交换容量,工作交换容量,4.2,离子交在废水中的应用,4.2.1,含铬废水,电镀废水中常含有,Cr,2,O,7,2-,、,CrO,4,2-,、,Cr,3+,三种离子形式。,对于,Cr,3+,采用阳离子交换柱除去：,对于,Cr,2,O,7,2-,、,CrO,4,2-,，采用阴离子交换柱除去：,4.2.1,含铬废水,通过采用先阳柱、后两个阴柱串连、再用阳柱的四柱串连方式，通过第一阳柱除去阳离子污染包括,Cr,6+,，通过双阴柱后废水中已除去了大部分的,Cr,6+,和其他阴离子，出水中,Cr,6+,含量低于,0.5 ppm,，可以回用。再生所得的铬酸钠和重铬酸钠，再经一阳柱全部转换为重铬酸供回收，该流程称为双阳柱、全酸性、全饱和流程。,提问与解答环节,Questions And Answers,谢谢聆听,学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折,Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties