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活性炭的吸附机制

来源:皓泉水处理 作者:佚名 日期:14-11-02 浏览:

  活性炭的最大特性就是它的吸附特性,那么活性炭的吸附原理

  是什么呢?今天我们来说说它的吸附机制。通过物理学我们知道,吸附现象是两相界面上物质之浓缩过程,当气体或液体分子接近吸附材料表面活性位置时,固体表面分子会有向内拉的现象,于是造成不平衡力,由于彼此间相互吸引,流体中某些物质为满足表面平衡,以降低固体表面张力及自由能,便附着于固体表面,此现象称之为吸附。进行吸附的物质称之为吸附剂,而被吸附的物质则称之为吸附质。

  活性炭的吸附机制可依吸附作用力的大小区分成物理及化学吸附,物理吸附在发生时,主要是靠凡得瓦尔力作用,使之附着在吸附剂表面,故又称凡得瓦尔吸附。吸附能力通常与吸附面积成正比,吸附也不只限于单分子层,其表面可容纳许多分子层的吸附,而且为可逆的平衡反应。化学吸附指吸附质与吸附剂间产生了化学反应,形成化学键。化学键的结合力远比凡得瓦尔力來的大,一般可分为:分解性化学吸附及非分解性化学吸附,化学吸附活化能高,故反应速率慢,且仅能单层不可逆吸附,吸附速率随温度的不同而改变。

  活性炭吸附质分子自流体态传输至活性碳孔隙,可需分为七个步骤:

  (1)外部扩散(external diffusion):即吸附质自溶液分散相传输至吸附剂表面时,须通过围绕活性碳之溶剂膜过程,即吸附质分子传送至吸附剂表面附近。

  (2)表面扩散(surface diffusion):被吸附之吸附质沿吸附剂外表面扩散至孔隙内部的过程。

  (3)颗粒内部扩散(intragranular diffusion):即吸附质传送至吸附剂孔洞内部之吸附位址(site fixation)的过程。

  (4)物理性吸附(physical adsorption):吸附质与吸附剂接触后,吸附质分子附着于吸附位址上,失去自由度,此时吸附质出口浓度会降低,且以出口浓度变化的情形,來表示其吸附速率。

  (5)脱附(desorption):吸附质自活性位置上脱離,重新获得自由度,即自吸附剂孔隙内部之脱出过程,而当步骤(4)和(5)之反应速率相当时,则活性炭-吸附质达动态平衡。

  (6)化学吸附(chemical adsorption):吸附质与吸附剂表面产生化学反应,视吸附质与吸附剂之性质而有所不同。

  (7)表面更新(surface renewal):已被吸附于吸附剂(活性碳)上之吸附质,其化学反应产物,具高度挥发性,或经金属離子催化而水解,故而自吸附剂上脱除,使吸附剂恢復吸附能力,而能再次使用。通常外部扩散、表面扩散及颗粒内部扩散的扩散速率决定了活性炭的吸附速率,然而在液相流动吸附系统中,若流速太慢,则会造成对流过慢,使颗粒内部扩散成为液相吸附速率的控制因素。