吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)第一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附現(xiàn)象蔚藍(lán)的大海木炭的吸附第二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

一、概述

1、1吸附

當(dāng)氣體或液體與某些固體接觸時，氣體或液體的分子會積聚在固體的表面上，這種現(xiàn)象稱之為吸附。它可以被人認(rèn)為是某些物質(zhì)從氣體混合物（或溶液）中凝聚到某表面上的一種物理化學(xué)現(xiàn)象。

第三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二區(qū)別于吸收

與吸附不同，吸收時，液相中物質(zhì)分子是均勻分散的。而吸附是流體分子富集在固體表面上，形成一吸附層（或稱吸附膜），而沒有向固體內(nèi)部滲透。由于吸附是一種表面現(xiàn)象，所以只有那些具有較大內(nèi)表面的多孔性固體才具有吸附能力。吸附過程是由流體（氣體或液體）與固體構(gòu)成一個體系，是非均相過程。第四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附熱流體分子從液體相被吸附到固體表面，其分子的自由焓降低，與吸附前相比，其分子的熵也降低了，按照熱力學(xué)定律，自由焓變化(△H)、焓變化（△S）關(guān)系如下

△G=△H-T△S上式中△G、△S均為負(fù)值，故△H肯定為負(fù)值?？梢娝且粋€放熱的過程。第五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二所放出的熱，成為該物質(zhì)在此固體表面上得吸附熱。

原因：多孔性固體表面的分子或原子因受力不均勻而具有剩余的表面能，當(dāng)流體中的某些物質(zhì)碰撞到固體表面時，受到這些不平衡力懂得作用就會停留在固體表面上。第六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二1.2吸附機制

固體表面分子(或原子)處于特殊的狀態(tài)。固體內(nèi)部分子所受的力是對稱的，故彼此處于平衡。但在界面分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力，它能從外界吸附分子、原子、或離子，并在吸附表面上形成多分子層或單分子層。第七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附作用:

物質(zhì)從氣體或液體濃縮到固體表面從而實現(xiàn)分離的過程吸附劑:

在表面上能發(fā)生吸附作用的固體吸附物:

被吸附的物質(zhì)第八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二1、3吸附分類

物理吸附:吸附劑和吸附物通過分子力產(chǎn)生的吸附。特點是放熱過程吸附物分子狀態(tài)變化不大，需要的活化能很小，多數(shù)在較低溫下進(jìn)行。達(dá)吸附平衡時間非常短吸附過程可逆第九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二化學(xué)吸附：化學(xué)吸附是由于吸附劑和吸附物之間的電子轉(zhuǎn)移，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生。特點釋放大量的熱單分子層吸附，穩(wěn)定，不易解吸第十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

活性炭的制造

高溫炭化活化,800~900℃木材、煤、果殼炭渣活性炭

隔絕空氣，600℃活化劑：ZnCl2

蒸汽高溫活化粉末狀活性炭粒狀活性炭（園柱狀、球狀），粒徑2~4mm

棒狀活性炭：Φ50mm，L=255mm

第十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

2.活性炭的細(xì)孔構(gòu)造和分布

1.比表面積每g活性炭所具有的表面積?；钚蕴康谋缺砻娣e為：500~1700m2/g，99.9%的表面積，在多孔結(jié)構(gòu)顆粒的內(nèi)部。2.細(xì)孔構(gòu)造·小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面積的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附為主。第十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

·過渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面積<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用?！ご罂祝?00~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面積很小，吸附量小，提供通道。

第十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二二、吸附作用1、吸附規(guī)則

“相似相吸”。2、離子選擇吸附規(guī)則（規(guī)律）固體吸附劑優(yōu)先吸附與其組成相關(guān)的離子。3、離子交換吸附①離子濃度越大，則其交換能力便越強。②離子價數(shù)越高，則其交換能力越強。③同價離子的交換能力隨其水化半徑增大而減弱。第十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二三、吸附類型化學(xué)吸附化學(xué)鍵力交換吸附靜電引力物理吸附分子間力吸附劑表面特征靠吸附質(zhì)離子與吸附劑表面帶電點上的靜電引力聚集在吸附劑表面，同時放出等當(dāng)量的同號離子。第十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附等溫線

在一定T下，q（吸附質(zhì)濃度）隨平衡濃度C變化的曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫式。第十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附等溫式吸附平衡吸附等溫線朗繆爾（Langmuir）吸附等溫式BET等溫式弗羅因德利希（Freundlich）吸附等溫式第十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二一、吸附平衡吸附平衡

當(dāng)溶液中吸附質(zhì)的濃度和吸附劑單位吸附量不再發(fā)生變化時；溶液中吸附質(zhì)的濃度稱為平衡濃度。式中V——溶液體積，LC0，Ce

——分別為溶質(zhì)的初始和平衡濃度，mg/LW——吸附劑量，g第十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二二、吸附等溫線在一定T下，q隨平衡濃度C變化的曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫式。常見吸附等溫式有Langmuir公式、Freundlich公式、BET公式三種。

第十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二Langmuir吸附等溫式理論假設(shè)：吸附劑表面均一，各處的吸附能相同吸附是單分子層的，平衡狀態(tài)時，吸附和脫附速率相等由動力學(xué)方法推導(dǎo)出平衡吸附量qe與液相平衡濃度Ce的關(guān)系為：式中a——與最大吸附量有關(guān)的常數(shù)b——與吸附能有關(guān)的常數(shù)第二十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二Langmuir吸附等溫式為方便計算，常將上式改為倒數(shù)式：根據(jù)吸附試驗數(shù)據(jù)，按上式作圖可求出a、b值。第二十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二Langmuir吸附等溫式第二十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二BET等溫式BET等溫式是表示吸附劑上有多層溶質(zhì)分子被吸附的吸附模式，各層的吸附符合朗謬爾單分子吸附等溫式?？偽搅康扔诟鲗游搅恐?，由此導(dǎo)出的BET等溫式為：式中a，B——常數(shù)；CsCs——吸附質(zhì)飽和濃度，mg/LCe——平衡濃度，mg/L。第二十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二BET等溫式為計算方便，可將上式改為倒數(shù)式：由吸附試驗數(shù)據(jù)，按上式作圖可求常數(shù)a、B。作圖時需要知道飽和濃度Cs，如果知道準(zhǔn)確的Cs值可以通過一次作圖即可得出直線來，當(dāng)Cs未知時需要通過假設(shè)不同的值多次才能得到直線。第二十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二BET等溫式第二十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二Freundlich等溫式此為指數(shù)函數(shù)型式的經(jīng)驗公式：式中K——Freundlich吸附系數(shù)，n——常數(shù)，通常大于1。Ce——平衡濃度，mg/L。一般認(rèn)為，1／n值介于0.1～0.5之間時易于吸附，而＞2時難以吸附。兩邊取對數(shù)，得：第二十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二Freundlich等溫式第二十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)當(dāng)指出：（1）上述吸附等溫式，僅適用于單組分吸附體系；（2）對于一組吸附試驗數(shù)據(jù)，究竟采用哪一公式整理，并求出相應(yīng)的常數(shù)來，只能運用數(shù)學(xué)的方式來選擇。通過作圖選用能畫出最好的直線的那一個公式，但也有可能出現(xiàn)幾個公式都能應(yīng)用的情況，此時宜選用形式最為簡單的公式。第二十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容影響吸附速率的過程1吸附速率公式2吸附影響因素3總結(jié)4第二十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二1影響吸附速率的過程吸附速率膜擴(kuò)散孔隙擴(kuò)散內(nèi)表面吸附膜擴(kuò)散:吸附質(zhì)通過液相擴(kuò)散到吸附劑的表面?？紫稊U(kuò)散:吸附質(zhì)通過細(xì)孔向吸附內(nèi)劑內(nèi)部擴(kuò)散內(nèi)表面吸附:吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上的吸附第三十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二（三步過程）第三十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二2吸附速率公式

①

N=kLa(c-ci)

N—擴(kuò)散速率

kL—界膜傳質(zhì)系數(shù)

a—界膜面積

c—流體主體中吸附質(zhì)的濃度

ci—吸附劑顆粒外表面中吸附質(zhì)濃度

②N=ksa(qi-q)

ks—吸附質(zhì)外表面至內(nèi)表面的傳質(zhì)系數(shù)

qi—吸附量顆粒外表面的吸附量

q—顆粒的平均吸附量膜擴(kuò)散速率公式孔隙擴(kuò)散速率公式第三十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

3吸附的影響因素吸附是溶劑，溶質(zhì)和固體吸附劑三者間的作用。因此三者均會對吸附速率產(chǎn)生影響。第三十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二組織結(jié)構(gòu)

溶質(zhì)和溶劑之間的作用電離和極性pH溫度共存物質(zhì)吸附的影響因素2吸附劑的性質(zhì)

1吸附質(zhì)的性質(zhì)

3溶液的性質(zhì)溶質(zhì)分子的大小第三十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二①溶質(zhì)和溶劑之間的作用：溶質(zhì)在水中的溶解度越大就不容易轉(zhuǎn)向吸附劑界面而被吸附，反之亦然?；钚蕴考姿幔疽宜幔颈幔径∷岱枷銦N化合物＞脂肪族化和物②溶質(zhì)分子的大?。?/p>

膜擴(kuò)散—吸附質(zhì)分子質(zhì)量，吸附量

孔隙擴(kuò)散—吸附質(zhì)分子質(zhì)量，吸附量第三十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二③電離：簡單的化合物，非解離的分子較離子化合物的吸附量大，但隨著化合物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，電離對吸附的影響較小。極性：不對稱的有機物分子都帶有極性，吸附過程服從極性相容原理。極性吸附劑容易從非極性溶液中吸附極性溶劑非極性吸附劑很難從極性吸附中的極性溶質(zhì)第三十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二組織結(jié)構(gòu)

溶質(zhì)和溶劑之間的作用電離和極性pH溫度共存物質(zhì)吸附的影響因素2吸附劑的性質(zhì)溶質(zhì)分子的大小1吸附質(zhì)的的性質(zhì)

3溶液的性質(zhì)第三十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

吸附劑的性質(zhì)

吸附量的多少會隨著吸附劑表面積得的增大而增大，吸附劑的孔徑，顆粒度等都會影響比表面積的大小，從而影響吸附性能。第三十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二組織結(jié)構(gòu)

溶質(zhì)和溶劑之間的作用電離和極性pH溫度共存物質(zhì)吸附的影響因素2吸附劑的性質(zhì)溶質(zhì)分子的大小

1吸附質(zhì)的性質(zhì)

3溶液的性質(zhì)第三十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二①pH：pH對吸附質(zhì)在溶液中存在的形態(tài)（電離，絡(luò)合）和溶解度均有影響，因而對吸附性能也產(chǎn)生影響。水中的有機物一般在低pH時，電離度較小。②溫度：吸附反應(yīng)時放熱的，因此溫度越低對吸附越有利，但是在水處理中，一般變化不大，因而溫度的影響較小，可以忽略。③共存物質(zhì)：其影響較復(fù)雜，有的可以相互誘發(fā)吸附，有的能獨立的被吸附，有的則相互起干擾作用。第四十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

水溶液中有無機離子共存時對有機物的吸附幾乎沒有什么影響，當(dāng)有汞，鉻，鐵等金屬離子在活性炭表面發(fā)生氧化還原沉積時，會使活性炭的孔隙變窄，妨礙有機物的擴(kuò)散。第四十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二4一句話總結(jié)吸附三過程吸附劑溶質(zhì)分子作用力共存物質(zhì)電離極性pH

多種因素通過吸附過程的三過程而影響吸附速率。第四十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附劑指能有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分的固體物質(zhì)。吸附劑一般有以下特點：大的比表面、適宜的孔結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)；對吸附質(zhì)有強烈的吸附能力；一般不與吸附質(zhì)和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng);制造方便，容易再生；有良好的機械強度等。第四十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，極大程度上依賴于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問題。吸附劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為有機吸附劑和無機吸附劑。常用的有機吸附劑有活性炭、球性炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等；常用的無機吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、硅藻土、分子篩等。第四十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二常用的吸附劑主要有以下幾種活性炭活性氧化鋁硅膠和硅藻土沸石分子篩吸附樹脂第四十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二活性炭是一類碳質(zhì)吸附劑的總稱，品種很多。幾乎所有的有機物都可以作為制造活性炭的原料，如泥炭、褐煤、煙煤、重質(zhì)石油餾分、木材、果殼、紙漿廢液等。將原料在隔絕空氣的條件下加熱至600℃左右（有時還加添加劑），使其熱分解，得到的殘?zhí)荚僭?00℃以上高溫下與空氣、水蒸氣或二氧化碳反應(yīng)使其燒蝕，便生成多孔的活性炭?；钚蕴烤哂形搅?，分離效果好，來源比較容易，價格便宜。但由于活性炭生產(chǎn)原料和制備方法不同，因此吸附性能的可重復(fù)性很難控制。另外活性炭色黑質(zhì)輕，有時會造成環(huán)境污染。（1）活性炭第四十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二活性炭的種類粉末狀活性炭：顆粒極細(xì)呈粉末狀，是活性炭中吸附力最強的一類。顆粒狀活性炭：由粉末狀活性炭制成的顆粒，便于裝柱使用。錦綸--活性炭：以錦綸為粘合劑，將粉末活性炭制成顆粒，可用來分離因前兩種活性炭吸附力太強而不易洗脫的吸附物。第四十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二活性炭（Activecarbon）活性炭種類顆粒大小表面積吸附力吸附量洗脫粉末活性炭小大大大難顆?；钚蕴枯^小較大較小較小難錦綸活性炭大小小小易第四十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二活性炭生產(chǎn)工藝第四十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二活性氧化鋁（Al2O3·nH2O）是氫氧化鋁膠體經(jīng)加熱脫水后制成的一種多孔大表面吸附劑。通過控制氫氧化鋁晶粒尺寸和堆積配位數(shù)可以控制氧化鋁的孔容、孔徑和表面積。由鋁土礦加熱脫水可制成天然活性氧化鋁。氧化鋁按品型可分為α、γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8種。通常所說的“活性氧化鋁”是指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化鋁的混和物?；钚匝趸X具有相當(dāng)大的比表面積（200～400m2/g），且機械強度高，物化穩(wěn)定性高，耐高溫，抗腐蝕，但不宜在強酸、強堿條件下使用?；钚匝趸X表面的活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強，對水有很強的親和作用?；钚匝趸X廣泛應(yīng)用于脫除氣體中的水，也常用作色譜柱填充材料。（2）活性氧化鋁第五十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二硅膠是應(yīng)用很廣的一種極性吸附劑。是具有硅氧交聯(lián)結(jié)構(gòu)，表面有許多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可與極性化合物或不飽和化合物形成氫鍵而使硅膠具較強的吸附力。主要優(yōu)點是化學(xué)惰性，具有較大的吸附量，易制備不同類型的多孔硅膠，一般以SiO2.nH2O通式表示。硅膠的活性與含水量有關(guān)：含水量高則吸附力減弱。當(dāng)游離水含量17%以上時，吸附能力極低，可作為分配色譜的載體。硅膠具有微酸性，適用于分離酸性和中性物質(zhì)，如有機酸、氨基酸、甾體等。（3）硅膠和硅藻土第五十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第五十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

硅藻土是由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，基本質(zhì)是含水的無定形SiO2，并含有少量Fe2O3、C2O、MgO、Al2O3及有機雜質(zhì)，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，優(yōu)質(zhì)的呈白色，質(zhì)軟，多孔而輕。硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使它成為一種良好吸附劑，在食品、化工生產(chǎn)中常用來作助濾劑及脫色劑。第五十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

沸石分子篩是結(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。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)，孔徑為3～10?。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“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。（4）沸石分子篩第五十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二（a）A型（b）X型兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)第五十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二沸石分子篩的吸附作用有兩個特點：表面上的路易斯中心極性很強；沸石中的籠或通道的尺寸很小，使得其中的引力場很強。因此，其對吸附質(zhì)分子的吸附能力遠(yuǎn)超過其他類型的吸附劑。即使吸附質(zhì)的分壓（或濃度）很低，吸附量仍很可觀。沸石分子篩的吸附分離效果不僅與吸附質(zhì)分子的尺寸和形狀有關(guān)，而且還與其極性有關(guān)，因此，沸石分子篩也可用于尺寸相近的物質(zhì)的分離。第五十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

吸附樹脂指的是一類高分子聚合物。常用的有聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸酯樹脂等。吸附樹脂品種很多，單體的變化和單體上官能團(tuán)的變化可賦予樹脂以各種特殊的性能。吸附樹脂可分為非極性、中極性、極性及強極性四類。吸附樹脂可用于除去廢水中的有機物，糖液脫色，天然產(chǎn)物和生物化學(xué)制品的分離與精制等。（5）吸附樹脂第五十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

大孔吸附樹脂廣泛應(yīng)用于制藥及天然植物中活性成分如皂甙、黃酮、內(nèi)脂、生物堿等大分子化合物的提取分離。對人參皂甙、三七皂甙、絞股蘭皂甙、薯蕷皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、銀杏黃酮內(nèi)脂，山楂黃酮、黃芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黃酮、大豆異黃酮、茶多酚、洋地黃強心甙、麻黃精粉、柚甙、毛冬青黃酮甙、紅豆杉生物堿、多種天然色素、中藥復(fù)方藥物提取等以及生物化學(xué)制品的凈化、分離、回收都有良好的效果。并在抗生素、維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)提純,生化制藥方面有很廣泛的應(yīng)用。第五十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附劑的物理性質(zhì)主要包括孔容比表面積孔徑與孔徑分布孔隙率空隙率第五十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二孔容（VP）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示(cm3/g).孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。第六十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m2/g。吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。第六十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直徑在數(shù)埃（A0）至數(shù)十埃的孔稱為細(xì)孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱為粗孔。細(xì)孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利于吸附質(zhì)的吸附。粗孔的作用是提供吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑的通路，所以粗孔也應(yīng)占有適當(dāng)?shù)谋壤??；钚蕴亢凸枘z之類的吸附劑中粗孔和細(xì)孔是在制造過程中形成的。沸石分子篩在合成時形成直徑為數(shù)微米的晶體，其中只有均勻的細(xì)孔，成型時才形成晶體與晶體之間的粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來表征吸附劑的孔特性。第六十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二孔隙率（εk）：即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。

εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/dg=1-dl/dg空隙率（ε）：即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。

ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl

第六十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

吸附劑都有著微孔結(jié)構(gòu)和很大的比表面積。按純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)國際協(xié)會的定義：微孔<20?；中孔為20~500?；大孔>500?(50nm)。工業(yè)吸附劑可以是球形、圓柱形、片狀或粉末狀，粒度范圍從50μm至1.2cm，比表面積從300至1200m2/g。顆粒的孔隙度30–85%(vol)，平均孔徑10–200?。

第六十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二一、混合接觸式混合接觸式吸附裝置是一帶有攪拌的吸附池（槽），污水和吸附劑投入池內(nèi)進(jìn)行攪拌，使其充分接觸，然后靜置沉淀，排除澄清液，或用壓濾機等固液分離設(shè)備間歇地把吸附劑從液相中分離出來，此法多用于小型的處理和試驗研究，因操作是間歇進(jìn)行，所以生產(chǎn)上一般要用兩個吸附池交替工作，吸附劑添加量為0.1%~0.2%。被處理液和吸附劑僅接觸一次為單極吸附。被處理液也可多次和吸附劑接觸，進(jìn)行多級吸附。多級吸附有逆流和并流兩種，并第六十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

流吸附中被處理液在每次中都和新的吸附劑相接觸，而逆流多級吸附，被處理液多次逆流和吸附劑接觸。并流多級吸附：吸附劑吸附劑吸附劑↓↓↓溶液→1級→2級→3級→逆流多級吸附：溶液→1級→2級→3級→吸附劑溶液←1級←2級←3級←吸附劑第六十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二二、固定床

固定床又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右,堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時，床層則填裝固體反應(yīng)物。第六十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向下通過床層，呈氣液固相接觸。固定床是廢水處理中常用的吸附裝置。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，運行時間較長。不易堵塞，但吸附劑易流失。第六十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第六十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第七十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二分類：固定床反應(yīng)器有三種基本形式：①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器(如圖)。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。②徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動，床層同外界無熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,第七十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場合。③列管式固定床反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。第七十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第七十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時，可將多個絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級絕熱式固定床反應(yīng)器,反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。第七十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二優(yōu)缺點：固定床反應(yīng)器的優(yōu)點是：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時可得較高選擇性。②催化劑機械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡單。固定床反應(yīng)器的缺點是：①傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）。②操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動床反應(yīng)器。第七十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。第七十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附操作的分類按吸附操作過程中廢水的流動狀態(tài)，可把吸附操作分為靜態(tài)吸附和動態(tài)吸附。靜態(tài)吸附操作是廢水在不流動的狀態(tài)下進(jìn)行的吸附操。即間歇式操作，有時需要進(jìn)行多次。動態(tài)吸附操作是廢水在流動條件下進(jìn)行的吸附操作。從處理設(shè)備類型上可分為固定床、移動床、硫化床。由于移動床和流化床的操作較復(fù)雜，在廢水處理中較少使用。第七十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二移動床移動床的運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，所以稱為移動床。按吸附劑排出的方式又分為間歇移動床和連續(xù)移動床。第七十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二移動床吸附塔構(gòu)造示意圖第七十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第八十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二移動床優(yōu)缺點移動床充分利用吸附劑的吸附容量，水流損失小。吸附劑在下降過程中，經(jīng)歷了冷卻、降溫、吸附、增濃、汽提-再生等階段，在同一設(shè)備內(nèi)完成了吸附、脫附（再生）過程；吸附劑的磨損和消耗是一個很大的管理問題，要求有耐磨能力強的吸附劑。第八十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二流化床流化床也叫做流動床。吸附劑在塔中處于膨脹狀態(tài)，塔中吸附劑與廢水逆向連續(xù)流動。流化床吸附器根據(jù)操作過程和吸附器的結(jié)構(gòu)不同，分為單室(單段)和多室(多段)兩種。它采用顆粒堅硬耐磨，物理化學(xué)性能良好的吸附劑。它的傳質(zhì)系數(shù)大，壓力損失小，可用來脫除氣體中的水分，回收溶劑和脫除微量有毒物質(zhì)。第八十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二流化床吸附塔構(gòu)造示意圖第八十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二第八十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二流化床的優(yōu)缺點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。吸附劑需要在反應(yīng)器外部再生,這樣不僅設(shè)備的投資費用增加,而且工藝流程復(fù)雜。運轉(zhuǎn)中操作要求高，不易控制，同時吸附劑的機械強度要求高。第八十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

由于吸附法對水的預(yù)處理要求高，吸附劑的價格昂貴，因此在廢水處理中，吸附法主要用來去除廢水中的微量污染物，達(dá)到深度凈化的目的。如:廢水中少量重金屬離子的去除、有害的生物難降解有機物的去除、脫色除臭等。第八十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二一、吸附法除汞

汞在天然水中的濃度為0.03～2.8μg/L。水中汞污染物的來源可追溯到含汞礦物的開采、冶煉、各種汞化合物的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。因此在冶金、化工、化學(xué)制藥、儀表制造、電氣、木材加工、造紙、油漆顏料、紡織、鞣革、炸藥等工業(yè)的含汞生產(chǎn)廢水都可能是環(huán)境水體中汞的污染源。1.水體中汞污染物的來源第八十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二未經(jīng)處理的含汞廢水被排入當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)

第八十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二對含汞廢水可能有很多種可供選擇的處理方法。這些方法的有效性和經(jīng)濟(jì)性取決于汞在廢水中的化學(xué)形態(tài)、初濃度、其他存在組分的性質(zhì)和含量、處理深度等因素。常用的處理方法有沉淀法、離子交換法、吸附法、混凝法以及將離子態(tài)汞還原為元素態(tài)后再過濾的方法。其中離子交換法、鐵鹽或鋁鹽混凝法和活性炭吸附法都可使廢水中含汞量降到小于0.01mg/L水平；硫化法沉淀配以混凝法可使廢水含汞量達(dá)到0.01～0.02mg/L水平；還原法一般只用于少量廢水處理，最終流出液中含汞量可達(dá)到相當(dāng)?shù)偷乃健?/p>

2.含汞廢水治理方法第八十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二吸附法處理含汞廢水

最常用吸附劑是活性炭。其有效性取決于廢水中汞的初始形態(tài)和濃度、吸附劑用量、處理時間等。增大用量和增長時間有利于提高對有機汞和無機汞的去除效率。一般有機汞的去除率優(yōu)于無機汞。某些濃度頗高的含汞廢水經(jīng)活性炭吸附處理后，去除率可達(dá)85％～99％，但對含汞濃度較低的廢水，雖則處理后流出液中含汞水平已相當(dāng)?shù)停コ俜謹(jǐn)?shù)卻很小。除了以活性炭作吸附劑外，近來還常用一些具有強螯合能力的天然高分子化合物來吸附處理含汞廢水，如用腐植酸含量高的風(fēng)化煙煤和造紙廢液制成的吸附劑；又如用甲殼素（是甲殼類動物外殼中提取加工得到的聚氨基葡萄糖），經(jīng)再加工制得的名為Chitosan的高分子化合物，也可作為含汞廢水處理的吸附劑。第九十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

國內(nèi)某廠處理含汞污水，工藝中采用靜態(tài)吸附法（先沉淀，后吸附）。即采用硫化鈉作為沉淀劑，使汞離子以硫化汞沉淀析出，同時以氫氧化鈣為pH調(diào)整劑，硫酸亞鐵作絮凝劑除去水中的泥沙等懸浮物質(zhì)，然后采用吸附泄漏的金屬汞和汞化物。經(jīng)處理后的排放水可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。3.吸附法除汞實例第九十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二靜態(tài)吸附法處理含汞廢水工藝流程

第九十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二二、印染廢水的深度處理

我國單個企業(yè)規(guī)模小，區(qū)域內(nèi)數(shù)量大，一個鎮(zhèn)印染廢水排放量每天1－10萬噸，最大一天30萬噸。一個縣級市每天印染廢水達(dá)60萬噸。如此大的污水排放量自然造成的污染也就非常嚴(yán)重。我國的印染廢水產(chǎn)生如此之大，主要有兩個原因：第一，我國由于使用低檔棉較多，雜質(zhì)多，需多次沖洗，因此廢水量大、COD高、pH高。第二，環(huán)保管理落后，工藝相對落后。1.國內(nèi)印染企業(yè)現(xiàn)狀第九十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

印染廢水造成的太湖污染??！

第九十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二生物方法:利用微生物新陳代謝作用去除廢水中的有機物化學(xué)方法：基于膠體化學(xué)理論，采用混凝手段物理方法：天然礦物質(zhì)多孔材料吸附和膜分離技術(shù)2.印染廢水處理方法第九十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

吸附法處理印染廢水

在物理方法中吸附脫色用的最多，即利用多孔性的固體介質(zhì)，將染料分子吸附在其表面，從而達(dá)到脫色的效果。吸附劑包括再生吸附劑如活性炭、離子交換纖維和不可再生吸附劑如各種天然礦物(膨潤土、硅藻土)、工業(yè)廢料(煤渣、粉煤灰)及天然廢料(木炭、鋸屑)等。這種方法是將活性炭、粘土等多孔物質(zhì)的粉末或顆粒與廢水混合，或讓廢水通過其顆粒狀物質(zhì)組成的濾床，使廢水中的污染物質(zhì)被吸附在多孔物質(zhì)表面上或被過濾而除去。第九十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

濰坊第二印染廠排放的印染廢水CDD達(dá)到600-1000mg/L,pH通常為7-10，要求處理后出水COD≤100mg/L、BOD5≤60mg/L、SS≤50mg/L、色度≤50倍、pH值為6-8，另外，廠房要將50%的處理水回用于生產(chǎn)，要求回用水的COD≤50mg/L、BOD5≤30mg/L，SS≤5mg/L，色度≤25倍。3.吸附法處理印染廢水的應(yīng)用實例第九十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

其中生物炭池采用方形結(jié)構(gòu)（分2格并聯(lián)運行），尺寸為4m×4.5m×4m,炭層有效高度為1.5m,濾速為1.3m/h,采用氣水聯(lián)合反沖方式[反沖氣強度為10L/(㎡·s),反沖水強度為10L/(㎡·s)]。印染廢水處理流程第九十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二

該工程至今已運行12年，實踐證明生物炭工藝對印染廢水的COD、BOD5、SS和色度均有良好的去除，出水水質(zhì)可滿足工藝回用要求，尤其是對色度的去除效果是其他工藝無法比擬的。另外，只要每天堅持反沖洗，保證供氣量充足且不間斷，同時嚴(yán)格控制進(jìn)水濃度（COD≤200mg/L），則炭的使用壽命可以大大延長。該廠除每年補充因反沖洗磨損造成的3%~5%炭量損失外，對原炭已連續(xù)使用12年，處理效果未見明顯下降。第九十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二工業(yè)有機廢水的特點成分復(fù)雜濃度高毒性大色澤深難以生物降解

傳統(tǒng)氧化、生化等破壞方法處理大量化工原料被分解破壞而流失處理成本高操作難度大不易達(dá)標(biāo)排放第一百頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期二樹脂吸附法特別適合處理這些含有較高濃度、較高經(jīng)濟(jì)價值污染物的廢水，同時實現(xiàn)廢水中有毒有機物的高效率去除和回收，從而在實現(xiàn)污染物徹底治理