含酚廢水處理專業(yè)學(xué)位論文

1、xxx大學(xué)xx專業(yè)學(xué)位論文 論文題目： 含酚廢水處理 碩 士 生： 指導(dǎo)教師： 教授 工程領(lǐng)域： 含酚廢水處理摘 要酚類廢水的毒性劇烈，它對(duì)于人類和生物組織的危害巨大，皮膚沾染或滲透后、被生物吞咽后，都顯示其有較高的毒性，同時(shí)，此種物質(zhì)也對(duì)自然屆造成較大危害，溶在水中可以嚴(yán)重污染水質(zhì)。所以如果不能能夠生理安全有效地處理掉水中的對(duì)氯苯酚，將不可避免地對(duì)人們及其他生物構(gòu)成極大危害。吸附法是本文所要闡述的主要辦法，在此方法中對(duì)設(shè)備的要求簡(jiǎn)單、操作流程方便、對(duì)含氯苯酚的廢水能夠較好凈化，可對(duì)大部分污染物質(zhì)進(jìn)行有效吸附，回收物的純度系數(shù)較高，而且因?yàn)樵撋a(chǎn)流程對(duì)能耗要求不高、活性碳纖維再生容易，所以在工

2、業(yè)上得到廣泛地應(yīng)用。若要實(shí)現(xiàn)此種方法的工作生產(chǎn)，就要從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度考慮，資源回收與廢水處理達(dá)標(biāo)排放是水處理過程中需要探查的兩個(gè)方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進(jìn)行操作是一種操作簡(jiǎn)便的方法，同時(shí)可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學(xué)方法適用于高低濃度的廢水，本實(shí)驗(yàn)采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑。本文擬對(duì)活性炭纖維用于等溫吸附平衡進(jìn)行研究求算模型參數(shù)以及ph值對(duì)活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對(duì)活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床的再生做了較詳細(xì)的研究。通過此實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)實(shí)工業(yè)中該類廢水的處理方法提供了理論依據(jù)。此方法為改進(jìn)處理含酚廢水

3、技術(shù)提供根據(jù)，相信會(huì)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有實(shí)際價(jià)值。abstractchlorophenol is a strong toxic and flammable substance, when absorbed through the skin or inhaled, after swallowing it also stimulates the organism tissue serious. chlorophenol is a pollutants for source. had no reasonable treatment, it would imperil people and other

4、biology.the assay method equipment is simple, easy to operate, high purification rate, adsorption capacity, high purity of recycled goods, and easy to renew and many other advantages, so widely used in industry.starting from the point of view of environmental and economic benefits, both resource rec

5、overy and waste water treatment should be considered in water treatment technologies. the adsorption technology is a simply physical and chemical method for high and low concentrations of wastewater ,which could reclaim useful resource for recycling waste water, the experiment uses the activated car

6、bon fiber as the sorbent to adsorb the chlorophenol in wastewater. this paper intends to study the balance of activated carbon fibers for isotherm adsorption studies, to calculate the model parameters and the ph value of impact on activated carbon fiber adsorption chlorophenol .it also study fixed b

7、ed regeneration of activated carbon fiber fixed bed adsorption breakthrough curves of activated carbon fibers detailed study. this experiment provides a theoretical basis for such wastewater treatment in the real industry.this method improved the treatment of phenol wastewater technology, i believe

8、the real value in the industrial production.創(chuàng)新點(diǎn)摘要本文主要研究的是通過活性碳纖維實(shí)現(xiàn)對(duì)含酚廢水處理的過程，其創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.對(duì)于含酚廢水的處理過程和方法被作為水處理研究中備受關(guān)注的課題。就環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度考慮，資源回收與廢水處理達(dá)標(biāo)排放是水處理過程中需要探查的兩個(gè)方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進(jìn)行操作是一種操作簡(jiǎn)便的方法，同時(shí)可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學(xué)方法適用于高低濃度的廢水，但若吸附劑再生性能差、價(jià)格貴。則很難在實(shí)際水處理中普遍應(yīng)用。活性碳纖維此類物質(zhì)是一種高效新型的吸附劑，它的優(yōu)點(diǎn)包括吸附容量大、吸附和解吸速

9、率快、再生條件溫和。所以對(duì)于此類物質(zhì)在廢水處理的應(yīng)用研究中逐步加深。2. 在文中對(duì)活性炭纖維用于等溫吸附平衡進(jìn)行了研究求算模型參數(shù)以及ph值對(duì)活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對(duì)活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床的再生做了較詳細(xì)的研究。通過此實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)實(shí)工業(yè)中該類廢水的處理方法提供了理論依據(jù)。目 錄學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明i學(xué)位論文使用授權(quán)聲明i摘 要iiabstractiii創(chuàng)新點(diǎn)摘要v目 錄1前 言1第一章.文獻(xiàn)綜述21.1 酚類化合物危害概述21.2 含酚廢水的處理方法21.2.1 高濃度含酚廢水的處理方法21.2.2 中等濃度含酚廢水的處理方法31.2.3 低濃度含酚廢水的

10、處理方法41.3 活性炭纖維簡(jiǎn)介41.3.1 活性炭纖維的組成和性能41.4 活性炭纖維在生活中的應(yīng)用51.4.1 水處理方面的應(yīng)用51.4.2 電子器材和產(chǎn)品方面的應(yīng)用61.5擴(kuò)散機(jī)理與擴(kuò)散方程71.5.2 吸附等溫線的經(jīng)典模型91.6 固定床吸附器10第二章.實(shí)驗(yàn)所用藥品儀器和所用溶液的配制162.1 實(shí)驗(yàn)藥品162.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備162.3 所用溶液的配制172.3.1 對(duì)氯苯酚原液（pcp）的配制172.3.2 緩沖溶液（ph值10）的配制172.3.3 4氨基安替比林（4app）溶液的配制172.3.4 鐵氰化鉀溶液172.3.5. 對(duì)氯苯酚中間液172.4 溶液配制備注17第三

11、章.實(shí)驗(yàn)部分193.1 活性炭纖維吸附氯苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制193.1.1 顯色原理與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容193.1.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的實(shí)驗(yàn)步驟193.2 吸附平衡實(shí)驗(yàn)203.2.1 吸附平衡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容203.2.2 平衡吸附等溫線的測(cè)定原理20表1 吸附等溫線數(shù)據(jù)表203.2.3 吸附平衡實(shí)驗(yàn)步驟243.2.4 吸附平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)論243.2.5 最小二乘法線性回歸模型243.2.6 ph值對(duì)吸附平衡的影響實(shí)驗(yàn)內(nèi)容273.2.7 ph值對(duì)吸附平衡的影響實(shí)驗(yàn)步驟273.2.8 ph值對(duì)吸附平衡的影響結(jié)論283.3 活性炭纖維吸附氯苯酚速率的研究283.3.1 實(shí)驗(yàn)基本原理283.3.2 吸附速率的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容283.

12、3.3 吸附速率的實(shí)驗(yàn)步驟283.3.4 吸附速率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理293.3.5 吸附速率曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)論293.4 活性炭纖維固定床突破曲線的研究293.4.1 固定床吸附簡(jiǎn)介293.4.2 突破曲線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容303.4.3 突破曲線實(shí)驗(yàn)方法303.4.4活性炭纖維床層的填充303.4.5 活性炭纖維固定床突破曲線的實(shí)驗(yàn)步驟313.4.6 活性炭纖維固定床吸附突破曲線結(jié)論313.5 活性炭纖維再生的研究323.5.1 活性炭纖維再生的概述323.5.2 活性炭纖維再生原理323.5.3 活性炭纖維再生的實(shí)驗(yàn)323.5.4 活性炭纖維固定床再生效率的計(jì)算333.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論33第四章 結(jié)論35參考文

13、獻(xiàn)36致謝37前 言水是保貴的自然資源,是人類賴以生存的必要條件,在人類生產(chǎn)和生活中,從自然界取用了水資源,經(jīng)生產(chǎn)和生活活動(dòng)后,又向自然界排出了受污染的水,酚類廢水便是其中之一.本實(shí)驗(yàn)要治理的對(duì)氯苯酚（pchlorophenol），也叫作對(duì)氯酚，化學(xué)相對(duì)分子量為128.56，白色針狀晶體，工業(yè)品帶黃色或粉紅色。相對(duì)密度為（40/4）1.26，沸點(diǎn)為217，熔點(diǎn)為42-43，閃點(diǎn)為121，微溶于水。在水中溶解度為（20）27.1g/l。對(duì)氯苯酚的毒性劇烈，它對(duì)于人類和生物組織的危害巨大，皮膚沾染或滲透后、被生物吞咽后，都顯示其有較高的毒性，同時(shí)，此種物質(zhì)也對(duì)自然屆造成較大危害，溶在水中可以嚴(yán)重污

14、染水質(zhì)。所以如果不能能夠生理安全有效地處理掉水中的對(duì)氯苯酚，將不可避免地對(duì)人們及其他生物構(gòu)成極大危害。若要實(shí)現(xiàn)此種方法的工作生產(chǎn)，就要從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度考慮，資源回收與廢水處理達(dá)標(biāo)排放是水處理過程中需要探查的兩個(gè)方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進(jìn)行操作是一種操作簡(jiǎn)便的方法，同時(shí)可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學(xué)方法適用于高低濃度的廢水，本實(shí)驗(yàn)采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑。從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度出發(fā)，水處理技術(shù)應(yīng)考慮兼顧資源回收與廢水處理達(dá)標(biāo)排放兩個(gè)方面的問題。吸附是一種操作簡(jiǎn)便、可實(shí)現(xiàn)廢水中有用資源回收利用、對(duì)高低濃度廢水均適用的物理化學(xué)方法，

15、本實(shí)驗(yàn)采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑。活性炭纖維與顆粒狀活性炭相比的顯著特點(diǎn)是其具有較大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙、而且有較窄的孔徑分布、吸附速度快、吸附能力大和容易再生等特點(diǎn)，它的纖維外型以及獨(dú)特的特性能可以作為紗、線、布和氈的原料等，這就在生產(chǎn)流程設(shè)備的簡(jiǎn)化和具體的工業(yè)使用帶來(lái)很大的簡(jiǎn)便性。在空氣凈化和廢水處理、制作化學(xué)防毒服和防毒面具、吸附放射形物質(zhì)及微生物、回收微量貴重金屬等領(lǐng)域，活性炭纖維也同樣得到了廣泛的應(yīng)用。本文擬對(duì)活性炭纖維用于等溫吸附平衡進(jìn)行研究求算模型參數(shù)以及ph值對(duì)活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對(duì)活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床

16、的再生做了較詳細(xì)的研究。通過此實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)實(shí)工業(yè)中該類廢水的處理方法提供了理論依據(jù)。目前，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類的共識(shí)，處理含酚廢水已經(jīng)迫在眉睫，此方法為改進(jìn)處理含酚廢水技術(shù)提供根據(jù)。相信會(huì)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有實(shí)際價(jià)值。第一章.文獻(xiàn)綜述1.1 酚類化合物危害概述酚類化合物是易分解的有機(jī)毒物：（1）它的生物毒性：酚是一種高毒的污染物，低濃度的酚可使蛋白質(zhì)變性，高濃度的酚可使蛋白質(zhì)沉淀，酚對(duì)各種細(xì)胞有直接的損害作用，對(duì)皮膚和黏膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用，酚的嗅覺閾值為25mg/l,酚的許多衍生物有很低的嗅覺閾值,如氯酚為0.001-0.0005mg/l；甲酚為0.0025mg/l。所以被酚污染的魚類等食品最容易被

17、人們察覺和厭棄。長(zhǎng)期引用被酚污染的水源可引起頭暈、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。（2）酚的來(lái)源及污染：與氰化物相似，酚在自然條見下也普遍存在。估計(jì)有兩千多種，但其含量低，主要來(lái)自糞便和含氮有機(jī)物在分解過程中的產(chǎn)物，高濃度的酚只可能來(lái)自人類的生產(chǎn)活動(dòng)。以工業(yè)上的“三廢”形式進(jìn)入環(huán)境。由于生產(chǎn)的原料、工藝、管理放法的不同，酚污染源排放酚的種類、數(shù)量和濃度也各不相同。大量高濃度的含酚污水，主要來(lái)自焦化廠、煤氣站、絕緣材料廠、化工廠、煉油廠、樹脂廠、玻璃纖維廠、制藥廠等。其濃度在18*mg/l之間變化。廢水的含酚量極其特性，隨工業(yè)種類不同而不同。就是同一工業(yè)也可能有所差異。焦化廢水成分復(fù)雜。含有

18、酚、氯酚、苯氧基酸且化學(xué)需氧量高，廢水中含揮發(fā)酚16003200mg/l，不揮發(fā)酚300500mg/l，煤氣發(fā)送站廢水，當(dāng)采用煙煤 為汽化燃料時(shí)，水質(zhì)十分不好，ss含量高，含揮發(fā)酚10003200mg/l,這種廢水排入江河,對(duì)生物農(nóng)作物均有危害.如果飲用水源含酚,對(duì)人體健康十分不利.因此,消除酚害是治理三廢的一個(gè)重點(diǎn).1.2 含酚廢水的處理方法含酚廢水由于來(lái)源不同，處理時(shí)常分為三類，以便有針對(duì)性的選擇處理方法，也就是按酚的濃度高低，分為高濃度、中等濃度和低濃度含酚廢水。1.2.1 高濃度含酚廢水的處理方法高濃度含酚廢水常用溶劑萃取法和蒸汽吹脫法。但應(yīng)用這些回收產(chǎn)品的方法，選用時(shí)要同時(shí)考慮酚鈉鹽

19、的銷路。否則將導(dǎo)致回收產(chǎn)品銷路不暢而停產(chǎn)。一、溶劑萃取法多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)含酚廢水的處理與回收進(jìn)行了大量的研究工作，提出并且實(shí)施了多種治理方法。其中，溶劑萃取是常用的廢液脫酚方法。萃取法適用于從高濃度廢水中（c1000mg/l）回收酚類物質(zhì)。不僅可回收揮發(fā)酚，也可回收不揮發(fā)酚。萃取脫酚常用的萃取劑是苯、重苯、重溶劑油、取代乙酰胺、醋酸乙脂、異丙醚、苯乙酮、磷酸三甲酚等。其中萃取劑具有效率高、損耗低、無(wú)毒、水溶性小、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)不易老化等特點(diǎn)。它可使含分量（mg/l）為幾千的工業(yè)廢水降至幾百或幾十。因此，國(guó)內(nèi)目前一般采用萃取加生化或萃取加吸附等多級(jí)回收治理方法。使高濃度含酚廢水降至允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。萃取

20、時(shí)廢水中酚與形成分子間氫鍵締合物，所形成分子間氫鍵締合物被萃入有機(jī)相后，用一定濃度的氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取，有機(jī)相中酚與氫氧化鈉溶液形成溶于水相而不溶于有機(jī)相的酚鈉。依據(jù)可逆絡(luò)合反應(yīng)萃取分離極性有機(jī)物稀溶液的基本原理。通過工藝研究。采用高效qh型絡(luò)合萃取脫酚溶劑，以見用絡(luò)合萃取法處理工業(yè)含酚廢水工藝的報(bào)道，利用混合型絡(luò)合萃取劑。通過2-3級(jí)錯(cuò)流萃取（油水比為1：1），可是廢水中殘留酚類濃度低于0.5mg/l，可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。此法效率極高，可回收98%99%的酚。二、蒸汽吹脫法根據(jù)揮發(fā)性酚類可以和水蒸氣一起蒸出，可以采用蒸汽吹脫法回收揮發(fā)性酚類，揮發(fā)酚多指沸點(diǎn)在230以下的酚類。通常

21、指一元酚，這種方法不適用于不揮發(fā)酚類的回收。回收揮發(fā)性酚類時(shí)，要將廢水ph值調(diào)節(jié)到4左右，以使廢水中的酚鹽轉(zhuǎn)化為酚，并加藥劑（如硫酸銅）沉淀硫化物。不讓硫化氫混入揮發(fā)酚，回收設(shè)備用水蒸氣蒸餾裝置。這種方法回收的揮發(fā)性酚類要進(jìn)一步分離水分后，才能資源化。常以堿法濃縮結(jié)晶得到酚鈉，作為化工產(chǎn)品使用。理論上講，此法可定量的分離出揮發(fā)性酚類，但工程實(shí)施時(shí)，只需達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)就可以了。由于蒸汽吹脫法耗能大，一般只適用于高濃度含酚廢水的處理，如廢水中揮發(fā)性酚類組成復(fù)雜，回收得到的酚鈉就難以資源化。1.2.2 中等濃度含酚廢水的處理方法中等濃度含酚廢水，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看這種濃度的酚已經(jīng)沒有必要進(jìn)行回收。含酚55

22、00mg/l的廢水均屬于中等濃度含酚廢水。在次類含酚廢水不雜其他毒性物質(zhì)時(shí)（或以預(yù)先除去）的情況下，廣泛采用生物法進(jìn)行處理，生物法包括：氧化塘、氧化溝、滴濾池、生物膜法及活性污泥法。一、活性污泥法該法是以活性污泥為主體的廢水處理方法。該法是廢水生物處理中使用最廣泛的一種方法.它于1914年在英國(guó)曼徹斯特建成實(shí)驗(yàn)場(chǎng)以來(lái)已有八十多年的歷史了.隨著生產(chǎn)和應(yīng)用的不斷改進(jìn),特別是近四十多年,在對(duì)其生物反應(yīng)和凈化機(jī)理進(jìn)行廣泛深入研究的基礎(chǔ)上,該法得到了很大發(fā)展.現(xiàn)以成為有機(jī)性污水處理的主要方法.活性污泥法凈化廢水包括兩個(gè)過程:有微生物的代謝反應(yīng)和活性污泥的物理化學(xué)作用.二、生物膜法該法是一種利用生物膜進(jìn)行

23、人工生化處理的方法，經(jīng)處理后污水可以排放或污水灌溉。常使用有塔式生物濾地、生物轉(zhuǎn)盤及氧化塘等。以及活性污泥及生物膜之間的生物接觸氧化法等。用于治理生化法等工藝.采用氯化加石灰的方法酚的祛除率可幾乎近100%，氯化時(shí)只需加入高濃度的氯以便把酚除盡。氯化時(shí)必須在ph7的情況下進(jìn)行。否則會(huì)產(chǎn)生有毒的氯酚。用此法處理含酚5mg/l的再生焦場(chǎng)廢水，可得可殘留酚的排水，另外，臭氧和二氧化氯用作除酚氧化劑，效果也很好。其他用于去除中等濃度含酚廢水的方法也有被采用，其中活性炭吸附法，可于生物法相競(jìng)爭(zhēng)。它具有不受負(fù)荷波動(dòng)影響而效果始終一致的優(yōu)點(diǎn)。1.2.3 低濃度含酚廢水的處理方法低濃度含酚廢水一般也采用生物化

24、學(xué)法，在有條件時(shí)，也可將廢水與生活污水合并處理，以取得培養(yǎng)生物的養(yǎng)料。生化處理法有活性污泥法、生物膜法和生物塘之類。在一般情況下，活性污泥法比生物膜法處理效率高（脫酚率達(dá)98%）。生物處理通常能將酚類濃度降到0.51.0mg/l，其他方法也可將酚濃度脫至1.0mg/l以下。對(duì)于這類含酚廢水的處理，一般都以化學(xué)法或物化 法來(lái)代替生物法?；钚蕴课椒ㄗ鳛榈谌愄幚砉に?，對(duì)痕量酚的脫除早被充分肯定，據(jù)報(bào)道，100kg活性炭可能脫除0.525kg的酚類。此法在ph值較低下，對(duì)酚類的脫除最為有效。因?yàn)榉宇愂怯袡C(jī)弱酸。1.3 活性炭纖維簡(jiǎn)介活性炭屬類石墨物質(zhì)，是微晶炭的變型，晶體表面上的炭原子與體相炭原子

25、處于不同電子能級(jí)狀態(tài)，活性炭與各種物質(zhì)相互間有化學(xué)物理吸附作用。作為重要的吸附劑在化工，環(huán)境保護(hù)等許多方面得到廣泛應(yīng)用。諸如，工業(yè)上用于捕集有機(jī)溶劑、脫除氣體、排除毒性物、溶液脫色、污水及循環(huán)水的凈化當(dāng)生產(chǎn)領(lǐng)域。在環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域活性炭吸附法占重要領(lǐng)域。其中，活性炭在飲用水制備及天然水凈化過程中的需求日益增長(zhǎng)，隨著工業(yè)發(fā)展及城市人口增加、淡水僅缺、水資源開發(fā)利用和節(jié)水工程迫在眉睫。碳是一種擁有悠久歷史的久遠(yuǎn)材料，而對(duì)炭纖維的使用，也同樣可追溯到愛迪生發(fā)明電燈絲的時(shí)代。但活性炭纖維作為一種新型碳材料，研制于本世紀(jì)60年代?；趯?duì)高性能炭纖維研究，具有獨(dú)特化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、吸附性能優(yōu)異的新型纖維

26、狀活性炭材料研制成功于20世界60年初成功研制。相比于傳統(tǒng)活性炭材料，活性炭纖維優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能遠(yuǎn)超于原來(lái)的碳纖維，主要表現(xiàn)在較高的含碳量、較大的比表面積和豐富的微孔，有表面官能團(tuán)數(shù)量巨大。這種物理構(gòu)成上的特點(diǎn)就能夠?qū)Ω鞣N有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體、水溶液中的有機(jī)物、貴重金屬離子等有較大的吸附量和吸附速度、容易重新生成。粘膠基，聚丙烯睛基，瀝青基，酚醛基等四種是目前工業(yè)領(lǐng)域主要用作活性炭纖維前驅(qū)體的有機(jī)纖維。每種原料纖維都有各自不同的炭化和活化特性，所以用相應(yīng)材料制成的活性炭纖維表現(xiàn)出的的特點(diǎn)就有所不同。不同原料生產(chǎn)的活性炭纖維的主要優(yōu)缺點(diǎn)如表直至今日，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活方面（特別在防治環(huán)境污染、保護(hù)人民

27、生命和健康方面）中，活性炭纖維越發(fā)顯示出他的重要作用，在溶劑的成功回收、凈化廢水廢氣、毒氣毒液、放射形物質(zhì)及微生物等的吸附方面得到了廣泛和，生物酶固定，貴金屬回收以及制造新型電容電池等方面同樣可以看到活性炭纖維的突出作用。表1不同原料生產(chǎn)acf的主要優(yōu)缺點(diǎn) 種類主要優(yōu)缺點(diǎn)鉆膠墓原料低廉，但收率低.，強(qiáng)度低，生產(chǎn)工藝較復(fù)雜pan基結(jié)構(gòu)中含氮，對(duì)硫氮系化合物有催化作用，具有高吸附性能強(qiáng)度高，工藝簡(jiǎn)單、成熟酚醛基攤料價(jià)廉，收率較高，工藝簡(jiǎn)單不需要進(jìn)行預(yù)處理瀝青基原料價(jià)廉，收率高，雜質(zhì)多不易制得連續(xù)長(zhǎng)絲，深加工困難草強(qiáng)度低1.3.1 活性炭纖維的組成和性能一、活性炭纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活性炭纖維主要由炭原子組

28、成 ，類似于石墨微晶片層的亂層堆疊樣式存在是炭原子主要的組織形式。微晶片層有較小的平均微晶尺寸；從三維空間的角度看，有序性較差。除了炭原子外，活性炭纖維還含有少量氫和氧等元素。發(fā)達(dá)的表面積、數(shù)量眾多的微孔及分布狹窄的孔徑是活性炭纖維的另一個(gè)顯著特點(diǎn)?；钚蕴坷w維的表面積高達(dá)10003000/g，微孔體積占總孔體積的90%左右。大部分的微孔的孔徑在10a左右，所以不存在大孔和過微小的過濾孔。從實(shí)驗(yàn)中可以看到，若使活性炭纖維比表面積明顯增大，可令它的活性溫度上升、增加活化劑濃度、時(shí)間延長(zhǎng)。二、活性炭纖維優(yōu)異的吸附特性1. 吸附容量大活性炭纖維對(duì)有些蒸汽有較大的吸附量，像正丁基硫醇等此類具有惡臭氣味的

29、物質(zhì)，其吸附量與顆粒狀活性炭相比大幾倍甚至幾十倍不等；對(duì)水溶液中含有的無(wú)機(jī)物、各種染料、有機(jī)物（如酚類物質(zhì)）及重金屬離子有較高的吸附量，吸附量均比顆粒狀活性炭高；對(duì)微生物及細(xì)菌也有優(yōu)良的吸附能力；對(duì)大腸桿菌的吸附率達(dá)94%99%。2. 當(dāng)吸附質(zhì)濃度低時(shí)效果尤佳活性炭纖維對(duì)低濃度的吸附質(zhì)時(shí)吸附能力極其優(yōu)良，即使對(duì)ppm級(jí)吸附質(zhì)依然可以保持很高的吸附量，而當(dāng)顆粒狀活性炭等吸附劑材料在極低濃度時(shí)吸附能力會(huì)顯著降低。3. 較快的吸附速率針對(duì)于氣體的吸附情況下，通?？梢栽跀?shù)十秒或數(shù)分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)吸附平衡；對(duì)于液體的吸附，也僅在幾分至幾十分鐘內(nèi)就可以達(dá)平衡。如活性炭纖維對(duì)溴的吸附只需幾十秒就可以達(dá)平衡。相比之

30、下，顆粒狀活性炭則需104105秒，兩者相差到2至3個(gè)數(shù)量級(jí)。1.4 活性炭纖維在生活中的應(yīng)用對(duì)活性炭纖維的應(yīng)用涉及方方面面，在有機(jī)溶劑的回收裝置、污水的凈化處理，有害有毒氣體的凈化以及處理中，電子電器材料的制作使用中都可以得到有效利用。1.4.1 水處理方面的應(yīng)用在工業(yè)用廢水處理過中，活性炭纖維發(fā)揮了主要作用，去除氣體及惡臭物質(zhì)，在各種水溶液中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，以及貴重金屬離子，微生物及細(xì)菌，諸如此類的低濃度吸附的回收應(yīng)用。同時(shí)利用吸附容量大、吸附速率快、服附速率快、灰分含量小、處理量較大、而且使用時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)凈水進(jìn)行處理。一、有機(jī)廢水的處理 活性炭纖維也可以用于各種有機(jī)廢水的凈化處理，可

31、對(duì)含有氯的廢水、制藥廠產(chǎn)生的廢水、含有苯酚的廢水、各種有機(jī)染料廢水、四苯廢水、己內(nèi)酰胺廢水、二甲基乙酰膠和異丁醇廢水進(jìn)行處理，其吸附能力遠(yuǎn)高于粉末活性炭的吸附能力。在高平衡濃度時(shí)，活性炭纖維的吸附能隨著溫度的升高而提高，每克活性炭纖維的吸附量與粉末活性炭比率為3：1。二、對(duì)無(wú)機(jī)廢水的處理活性炭纖維在與金屬離子反應(yīng)時(shí)，表現(xiàn)出較好的吸附性能，可對(duì)含在水中的銀、鉑、汞、鐵等多種離子較好吸附，并能將其還原。在大部分情況下，活性炭纖維對(duì)這些金屬離子的吸附可以在氧化還原反應(yīng)條件下大大提高。三、凈化飲用水方面 隨著城市人口的迅速增多，飲用水的供應(yīng)出現(xiàn)明顯不足，所以對(duì)廢水的處理變得尤為重要?；钚蕴吭趪?guó)內(nèi)用于

32、凈化三鹵甲烷廢水，盡管如此，它的有效去除率僅為40。在對(duì)地下水的檢測(cè)結(jié)果中可以看出，已經(jīng)含有很多種氯化物，這些溶解在水中的氯化物對(duì)人體有較強(qiáng)的致癌危害?；钚蕴坷w維可以處理此種自來(lái)水中的含氯物質(zhì)，當(dāng)水中的三氯乙烯的濃度為10-3kg/m3時(shí)，用活性炭纖維進(jìn)行去除處理，活性炭纖維的吸附量與粒狀活性炭的比率為4：1，而實(shí)際處理中過程中的空速可達(dá)到100 ，要比活性炭纖維大一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前活性炭纖維在生活中得到了廣泛應(yīng)用，例如凈水器，特別是載銀活性炭纖維具備吸附和滅菌的雙重能效。在對(duì)大腸桿菌進(jìn)行吸附過程中，其吸附量會(huì)隨含銀量增加、比表面增大而增大。此種方法同樣可以對(duì)于水中的其它微生物的吸附，效果同樣非

33、常明顯。 四、溶劑回收方面利用活性炭纖維的吸附量大的特點(diǎn)，它也同樣可以用于活性有機(jī)溶劑的回收再利用，主要表現(xiàn)的特點(diǎn)是脫附速率快，脫附溫度不高。在回收吸附過程中，活性炭纖維能在低濃度的廢氣中回收有機(jī)溶劑，同時(shí)把依然有反應(yīng)活性的有機(jī)溶劑進(jìn)行吸附，相對(duì)而言，粒狀活性炭在對(duì)有機(jī)溶劑進(jìn)行吸附時(shí)不能完成有效地回收。在此項(xiàng)吸附中，利用金屬雜質(zhì)較粒狀活性炭纖維而言要少很多，才能達(dá)到有效回收有機(jī)溶劑的目的，同時(shí)也盡量避免吸附過程中伴隨發(fā)生的催化聚合作用，而熱分解反應(yīng)和催化聚合等化學(xué)反應(yīng)在脫附過程中不會(huì)發(fā)生，在全部過程中，活性炭纖維的脫附速度快，反應(yīng)效果好而徹底、耗時(shí)短、耗能小。所以根據(jù)此種特性，在溶劑的吸 收裝

34、置以及軍用 化學(xué) 防 護(hù)服等領(lǐng)域，為了對(duì)成本有達(dá)到有效，活性炭纖維也 可用于二級(jí)吸附材料。1.4.2 電子器材和產(chǎn)品方面的應(yīng)用在電子工業(yè)中，活性炭纖維也得到了廣泛應(yīng)用，尤其突顯在高新技術(shù)上領(lǐng)域，它可生產(chǎn)各種高效節(jié)能的小型電容器，電池產(chǎn)品的部件，這些都是利用活性炭纖維比表面較大，孔徑狹窄以及適中和導(dǎo)電性能才能完成的。在類似集成電路和超大規(guī)模的集成電路這種雙層電容器中，活性炭纖維制造成的電容器其容量是普通的鋁電解電容器的一百萬(wàn)倍，所以更適合用于小型存貯用的永久性電源，高效地避免了停電等事故中計(jì)算機(jī)的意外損害，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。此外，活性炭纖維在大電流放電地多層電子表容器中也作用明顯、在電子和能

35、源方面可用于制造高性能的電容、電池的電極等。1.4.3 活性炭纖維發(fā)展前景日本是開發(fā)活性炭纖維最早的國(guó)家，對(duì)于有機(jī)物炭化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)深入開展，由于它從多方面符合人類對(duì)于自然環(huán)境的要求，所以各國(guó)研究人員對(duì)此類物質(zhì)進(jìn)行了密切關(guān)注。發(fā)展至今，此類項(xiàng)目已成為世界各國(guó)開發(fā)的焦點(diǎn)項(xiàng)目之一，而且已經(jīng)進(jìn)人工業(yè)化的生產(chǎn)時(shí)期，產(chǎn)能總量高達(dá)千噸。國(guó)內(nèi)的情況，早從上世紀(jì)八十年代開始投人力物力進(jìn)行大量研究，發(fā)展至90年代末期初見成效，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能已達(dá)到百噸，真正進(jìn)人工業(yè)化生產(chǎn)階段。雖然如此，我國(guó)對(duì)活性炭纖維的探索應(yīng)用還遠(yuǎn)未見藍(lán)圖，生產(chǎn)和開發(fā)還都處在初始階段，可以進(jìn)一步開發(fā)在水處理、空氣凈化、化

36、學(xué)物質(zhì)的吸附應(yīng)用方面領(lǐng)域的潛力，在社會(huì)環(huán)境不斷進(jìn)步的當(dāng)下，各項(xiàng)保護(hù)性法規(guī)逐步完善和確立，這也標(biāo)志著綠色化學(xué)時(shí)代的真正到來(lái)，而活性炭纖維也必將在新的社會(huì)環(huán)境下發(fā)揮更加突出的作用、呈現(xiàn)光明的發(fā)展前景。1.5擴(kuò)散機(jī)理與擴(kuò)散方程一般情況下,我們將吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)的擴(kuò)散分為表面擴(kuò)散和孔擴(kuò)散。表面擴(kuò)散是二維擴(kuò)散，是細(xì)孔壁表面上吸附質(zhì)的濃度梯度作為推動(dòng)力的，擴(kuò)散速度方程為： （2.1）孔擴(kuò)散是吸附質(zhì)通過細(xì)孔內(nèi)溶質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散而移動(dòng)的現(xiàn)象，其推動(dòng)力是孔內(nèi)溶液濃度梯度。根據(jù)費(fèi)克定理對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散速度方程為： （2.2）1.5.1吸附平衡原理一、吸附機(jī)理因?yàn)樘幱诠腆w表面的分子或原子受力不均衡的原因，而產(chǎn)生有剩余的表面能。

37、吸附就是發(fā)生在某些物質(zhì)在碰撞固體表面過程中，因?yàn)槭艿侥撤N不平衡力的吸引作用從而停留在固體表面上。這里的固體就視為吸附劑，而在碰撞中被固體吸附的物質(zhì)則視為吸附質(zhì)。通過這個(gè)吸附的過程，結(jié)果是吸附質(zhì)在吸附劑上產(chǎn)生凝聚，相應(yīng)的吸附劑的表面能隨之降低。化學(xué)鍵力和靜電力是存在于吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力，不同于分子之間的引力，吸附又可以按照固體表面吸附力的差異，具體細(xì)分為物理吸附、化學(xué)吸附、離子交換吸附等三種吸附類型。1、物理吸附物理吸附就是吸附劑與吸附質(zhì)之間相互通過分子間力而產(chǎn)生的吸附，又由于分子間力是一種普遍存在的力，它存在于各種吸附質(zhì)與吸附劑之間，所以說(shuō)物理吸附是一種非常常見的吸附現(xiàn)象。因?yàn)樵诖宋?/p>

38、過程中，物理吸附的吸附速度與解吸速度都較快發(fā)生，所以不具備選擇性，這種反應(yīng)也較容易達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。所以通常低溫的情況下，主要發(fā)生的吸附是物理吸附變化。2、化學(xué)吸附化學(xué)吸附是指吸附劑和吸附質(zhì)之間因?yàn)榛瘜W(xué)鍵力作用而引起的吸附平衡。由于化學(xué)鍵的分子特征，在吸附過程中，顯示出其具有一定的選擇性，所以不易發(fā)生吸附與解吸，達(dá)到平衡滿。因?yàn)榛瘜W(xué)吸附在反應(yīng)中產(chǎn)生很多的熱量，原理與化學(xué)反應(yīng)相似，溫度越高，化學(xué)吸附速度越快，所以在高溫下適合進(jìn)行化學(xué)吸附。 二、吸附平衡解吸和附吸是相互可逆的過程，在廢水和吸附劑充分溶解在一起時(shí)，吸附和解吸同時(shí)進(jìn)行，吸附質(zhì)被吸附劑吸附，相對(duì)而言，一部分吸附到吸附劑上的吸附質(zhì)因?yàn)闊徇\(yùn)

39、動(dòng)的結(jié)果，有能力脫離吸附劑的表面，重新回到液相中去，前者就稱為吸附過程，后者就稱為解吸過程。而吸附平衡則是指吸附速度等于解吸速度時(shí)，可理解為單位時(shí)間內(nèi)吸附的數(shù)量和脫吸的數(shù)量相等時(shí)，則液相中的吸附質(zhì)的濃度和在吸附劑表面上的濃度都持續(xù)不變時(shí)，就達(dá)到了吸附平衡。此時(shí)，在液相中吸附質(zhì)的濃度就為平衡濃度。固體吸附劑吸附能力的大小可用吸附量來(lái)衡量，吸附量的測(cè)定方法如下：在一定體積v（l），和一定濃度（mg/l）的廢水中，投加一定量的吸附劑m(mg)，經(jīng)攪拌混合，知廢水濃度（mg/l），不再改變，即達(dá)吸附平衡。然后按下式計(jì)算，q式中 x吸附劑吸附的溶質(zhì)總量；一、吸附等溫平衡曲線類型1.優(yōu)惠吸附等溫線 這種曲

40、線斜率的增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨被吸附組分的濃度的增加而減少，即0，吸附質(zhì)分子和固體吸附劑分子之間的親和力隨溶液組分平衡濃度的增大而降低。當(dāng)t=0時(shí)，床層進(jìn)口隨著輸入原料先形成直線的濃度波，隨著繼續(xù)進(jìn)料，濃度波向前移動(dòng)從優(yōu)惠吸附等溫線的上一段可以看出，組分濃度增加，吸附劑的吸附量相映減少故高濃度的另一端移動(dòng)要快。隨著時(shí)間的增加，傳質(zhì)區(qū)變的越來(lái)越窄小，床層的有效利用率增加。2.線性吸附等溫線 這種曲線的斜率為定值，不因吸附質(zhì)濃度的增加而變化為通過坐標(biāo)軸原點(diǎn)的一條直線。3.非優(yōu)惠吸附等溫線 這種曲線斜率的增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨吸附組分濃度的加大而增加，即0。當(dāng)吸附床層開始進(jìn)料時(shí)，在床層入口處形成直線的濃度波。當(dāng)濃度波向

41、前移動(dòng)時(shí)，可以看出，吸附組分濃度增加，吸附劑的吸附量迅速加大，濃度波中濃度較高的一端比濃度低的一端移動(dòng)慢。隨著時(shí)間的推延以及傳質(zhì)阻力的影響，傳質(zhì)區(qū)不斷變寬，濃度波前沿不斷延伸，這對(duì)吸附操作不利。值得注意的是吸附時(shí)為優(yōu)惠的吸附等溫線，脫附時(shí)則為非優(yōu)惠的吸附等溫線故在選擇吸附劑時(shí)，要同時(shí)兼顧吸附和脫附過程。常見的吸附等溫線如圖（2-1），(mg/g)優(yōu)惠形 c(mg/l) 沿床層高(mg/g) 線性吸附c(mg/l) 沿床層高(mg/g) 非優(yōu)惠形 c(mg/l) 沿床層高圖（2-1） 吸附平衡曲線形式圖1.5.2 吸附等溫線的經(jīng)典模型一、henrry模型在物理吸附過程中吸附質(zhì)與吸附劑不發(fā)生化學(xué)反

42、應(yīng)。吸附速度較快，henry模型是一種線性關(guān)系： （2.3）二、frundlish模型此模型對(duì)吸附質(zhì)濃度限制較高，被吸附相和吸附相之間的平衡關(guān)系符合下列方程： （2.4）三、langmuir模型此模型是最為常用的一種模型，它的基本假設(shè)為：1.吸附劑表面各處的吸附能力是一致的；2.活化中心只能吸附一個(gè)活化分子；3.吸附活化能和脫附活化能與表面吸附的程度無(wú)關(guān)；4.被吸附分子間相互不影響，也不影響空位對(duì)流體相分子的吸附。 其吸附方程為： （2.5）1.6 固定床吸附器1.6.1 固定床吸附器的基本原理因?yàn)楣潭ù参狡髦械墓滔辔絼┦枪潭ú粍?dòng)的，但是吸附過程是一個(gè)非常復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程。在整體的操作

43、過程中，可以改變操作狀態(tài)，對(duì)床層內(nèi)吸附質(zhì)的濃度分布和床層內(nèi)各處液體的濃度進(jìn)行改變。通過相應(yīng)的床層中的濃度分布形成不同區(qū)域，可將發(fā)生在固定床吸附器中的吸附傳質(zhì)過程大致可分為三個(gè)不同的時(shí)期， 1.在固定床的頂部形成傳質(zhì)區(qū)的時(shí)期，見圖（2-2-a）：假設(shè)流體的吸附質(zhì)濃度為y0，當(dāng)吸附劑從高度為h的固定床頂端不斷流下時(shí)，開始吸附劑中并不含有吸附質(zhì)。而在流入吸附質(zhì)時(shí)，處于床層最頂端的吸附劑可以較快的吸附吸附質(zhì)。同時(shí)，因?yàn)榻佑|的瞬間較短，而吸附速度不可能無(wú)窮大，不可能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到吸附平衡，所以就會(huì)在固定床的頂端入口處，出現(xiàn)吸附質(zhì)濃度由大變化到峰值，再于峰值變化到零的吸附區(qū)。由于流動(dòng)的特性，在頂端區(qū)域內(nèi)吸

44、附質(zhì)濃度會(huì)有規(guī)律的分布，假設(shè)陰險(xiǎn)器高度理想狀態(tài)高度， 吸附質(zhì)將全部在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)完畢，全部吸附。在流體連續(xù)不斷的流入吸附器之前，入口處的吸附劑未達(dá)到飽和狀態(tài)；當(dāng)流體的不斷地加入吸附器時(shí)，其內(nèi)任意一處的吸附質(zhì)的濃度將隨著時(shí)間累計(jì)而不斷變大，同時(shí)該區(qū)的高度也隨之增加，變化狀態(tài)將一直持續(xù)到固定床中流體入口處的吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)為止。在此狀態(tài)下，由入口處向下的吸附質(zhì)濃度的區(qū)別分布是從由飽和至零的區(qū)域，這段區(qū)域即稱為吸附傳質(zhì)區(qū)（簡(jiǎn)稱為mtz）。從流體開始加入時(shí)起，直至達(dá)到此狀態(tài)的全部耗間，即為傳質(zhì)區(qū)形成時(shí)間，傳質(zhì)區(qū)高度hmtz是指床層中傳質(zhì)區(qū)的高度。從此時(shí)開始，因?yàn)榱黧w的不斷注入，盡管吸附傳質(zhì)區(qū)將不斷下

45、移，但是傳質(zhì)區(qū)整體高度基本不變。在傳質(zhì)區(qū)逐漸形成的過程中，保證床層達(dá)到理想高度，可將吸附器劃分為兩個(gè)區(qū)域：傳質(zhì)區(qū)、未用區(qū)，吸附傳質(zhì)過程只反應(yīng)存在于傳質(zhì)區(qū)域內(nèi)。2 .固定床的傳質(zhì)區(qū)的移動(dòng)階段,見圖（2-2-b）：在傳質(zhì)區(qū)逐步產(chǎn)生以后，因?yàn)橐^續(xù)加入新的流體，所以傳質(zhì)區(qū)會(huì)不斷向下移動(dòng)，在其后便形成飽和區(qū)，而且隨著流體的注入不斷變大。所以，只要床層能夠達(dá)到理想高度，就可將整個(gè)固定床吸附器自上而下分為三個(gè)不同的區(qū)域：最上為飽和區(qū)，中間為吸附傳質(zhì)區(qū)，最下為未用區(qū)。在固定床吸附器中，有兩個(gè)區(qū)域不會(huì)發(fā)生吸附傳質(zhì)過程：其中飽和區(qū)內(nèi)的吸附劑已經(jīng)飽和，以及未用區(qū)內(nèi)的吸附劑中還不曾吸附吸附質(zhì)，所以各自濃度為原始濃度

46、，吸附傳質(zhì)過程只有發(fā)生于吸附傳質(zhì)區(qū)域內(nèi)。根據(jù)吸附器中的吸附情況，可以繪制吸附負(fù)荷曲線，它在傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑產(chǎn)生了隨高度不斷變化的吸附質(zhì)濃度分布，吸附區(qū)類似波曲線，因?yàn)榱黧w的加入而不斷向下推動(dòng)，所以又可以稱為吸附波。當(dāng)形成吸附波之后，吸附波的波形（濃度分布）就不會(huì)因?yàn)榱黧w的繼續(xù)注入而改變，同時(shí)按照恒定不變的速度（定義為傳質(zhì)區(qū)的移動(dòng)速度）向前移動(dòng)。該移動(dòng)速度比流體流過床層的線速度小的多。在傳質(zhì)區(qū)移動(dòng)期間，經(jīng)過測(cè)定流出液當(dāng)中含有的吸附質(zhì)濃度近似為零，直至傳質(zhì)區(qū)的底部到達(dá)床層的末端。此時(shí)流出液中，吸附質(zhì)的濃度將突然上升到一個(gè)可觀的數(shù)值，吸附操作達(dá)到了所謂的“穿透點(diǎn)”。3.傳質(zhì)區(qū)開始離開固定床直至完全離開

47、時(shí)期見圖（2-2-c）：流出物中吸附質(zhì)濃度由yb至y0的時(shí)期是傳質(zhì)區(qū)開始離開至完全離開吸附器的時(shí)期。相應(yīng)的時(shí)間為至流出量為至。y隨w（或時(shí)間）的變化關(guān)系呈s形曲線，稱為穿透曲線，可以通過實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)離開固定床后；見圖（2-2-d），整個(gè)吸附器都成為飽和區(qū)，失去了吸附能力，有待于吸附再生。由于透過曲線易于測(cè)定，因此可以用它來(lái)反映床層內(nèi)吸附負(fù)荷曲線的形狀，而且也可以較準(zhǔn)確的求出破點(diǎn)。如果透過曲線比較陡，則說(shuō)明吸附速度較快。影響透過曲線形狀的因素較多，除吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)外，其他參數(shù)，如溫度、壓力、濃度、ph值、移動(dòng)相流速、流速分布、影響流動(dòng)狀況的諸因素，設(shè)備和吸附劑尺寸大小，以至于吸附劑在

48、固定床層中的裝填方法等都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。飽和區(qū)飽和區(qū) 飽和區(qū) 飽和區(qū)傳質(zhì)區(qū) 傳質(zhì)區(qū)未用區(qū) 未用區(qū) 傳質(zhì)區(qū)（a） (b) (c) (d) 圖2-2 固定床傳質(zhì)圖1.6.2 固定床中吸附質(zhì)傳遞的描述及假設(shè)固定床中吸附質(zhì)傳遞過程可如下描述：吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面的吸附;吸附質(zhì)在吸附劑間的軸向擴(kuò)散；吸附質(zhì)從溶液到吸附劑外表面的傳質(zhì)；吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)孔中的擴(kuò)散。為了使模型簡(jiǎn)化，實(shí)驗(yàn)中作了如下假設(shè)：吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附過程是可逆的；整個(gè)圓柱形固定床在實(shí)驗(yàn)過程中是恒溫的；每個(gè)活性炭纖維外表面條件相同；床層壓降忽略不計(jì)；僅考慮軸向擴(kuò)散。1.6.3 固定床內(nèi)液相質(zhì)量衡算方程的建立一、 i組分物料衡算方程實(shí)

49、驗(yàn)中在床層的軸向上取z和z+dz間的小微元體， 對(duì)于這一微元體作物料衡算（取i組分）i組分輸入床層z截面的速率為: （2.6）i組分輸出床層z+dz截面的速率為： （2.7）床層微元體積為atdz內(nèi)i組分的積累速率為： （2.8）從物料衡算關(guān)系得： （2.9）則i組分物料衡算式： （2.10）式中： 初始條件：ci（2,t）=0 邊界條件：； 二 從溶液到活性炭纖維外表面的傳質(zhì)方程由傳質(zhì)公式： （2.11）忽略吸附劑外表面吸附，n0遵守費(fèi)克定律: （2.12）三、粒子孔中的擴(kuò)散方程吸附質(zhì)在活性炭纖維吸附劑內(nèi)孔空間中的吸附偏微分方程仍通過質(zhì)量守衡定律、菲克定律理論求取。在小體積微元dr內(nèi)吸附質(zhì)是

50、由外向內(nèi)擴(kuò)散的，在單位時(shí)間內(nèi)通過半徑為r的圓柱面內(nèi)離開小體積元dr的吸附質(zhì)的質(zhì)量為： （2.13）同時(shí)單位時(shí)間內(nèi)通過半徑r+dr的圓柱面向小體積元輸入的吸附質(zhì)的量為： （2.14）在圓柱殼內(nèi)累計(jì)的吸附質(zhì)的量為： 式中：p 吸附劑的視濃度， kg/m3根據(jù)質(zhì)量守衡定律 ： （2.15）兩邊同時(shí)除以整理得： （2.16）初始條件：t=0, ci=0, qi=0；邊界條件： ； 吸附劑內(nèi)表面的吸附方程可用langmuir方程來(lái)表示： （2.17）由此，我們建立了描述無(wú)限長(zhǎng)圓柱形吸附劑填料床的方程模型，即： （2.18） （2.19） （2.20） （2.21）邊界條件及初始條件： t0 r=0 t=

51、0 z=0 c=0 t=0 r0 ci=q=0擾動(dòng)進(jìn)樣的邊界條件及初始條件： t0 z=0 c=c0 t0 c=0四、固定床模型的求解對(duì)方程一些變量無(wú)因次化及固定模型假設(shè)，設(shè)： x=ci/c0 y= c/c0 w=q/q0 代入方程10、11、12、16、8整理得 (2.22) (2.21) (2.22) (2.23)初始邊界條件： 在這里也符合langmuir方程，即 （2.24）在acf填充床吸附氯苯酚的過程中外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)，主要控制過程為主體流動(dòng)即吸附劑之間的擴(kuò)散過程。則方程18、19可忽略將方程21代入17中，積分可得出方程： （2.25）第二章.實(shí)驗(yàn)所用藥品儀器和所用溶

52、液的配制2.1 實(shí)驗(yàn)藥品1、活性炭纖維；2、對(duì)氯苯酚；3、濃氨水； 4、4氨基安替比林；5、鐵氰化鉀；6、氯化銨；7、蒸餾水；8、氫氧化鈉 ；9、濃鹽酸（37%）實(shí)驗(yàn)所需主要藥品列于表2-1中。表2-1 實(shí)驗(yàn)所需原料化學(xué)試劑規(guī)格來(lái)源聚丙烯（pp）工業(yè)級(jí)大慶石化公司過氧化二苯甲酰（bpo）化學(xué)純上海山浦化工有限公司甲基丙烯酸縮水甘油酯（gma）分析純北京化學(xué)試劑公司苯乙烯（st）分析純天津市大茂化學(xué)試劑廠丙烯酰胺（am）分析純天津市大茂化學(xué)試劑廠二甲苯分析純沈陽(yáng)市華東試劑廠甲醇分析純沈陽(yáng)市華東試劑廠氯仿化學(xué)純沈陽(yáng)市華東試劑廠丙酮分析純沈陽(yáng)市華東試劑廠n299.9%大慶雪龍公司2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備實(shí)驗(yàn)所需主要儀器列于表2-2中。表2-2 實(shí)驗(yàn)所需儀器實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)來(lái)源