活性炭吸附机理和再生处理

ContentsClicktoedittextstylesEdityourcompanyslogan1.活性炭的概述2.水污染的主要有害成分3.活性炭吸附废水中金属的机理5.活性炭再生4.活性炭吸附废水中有机物的机理活性炭的概述活性炭是一种吸附剂吸附剂是能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。吸附剂可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类，如粗孔和细孔吸附剂，粉状、粒状、条状吸附剂，碳质和氧化物吸附剂，极性和非极性吸附剂等。ClicktoedittextstylesEdityourcompanyslogan活性炭的吸附原理1、依靠自身独特的孔隙结构2、分子之间相互吸附的作用力活性炭的制备及优势活性炭用木屑、果壳、褐煤等含碳物质为原料，经碳化和活化制成。有粉状（粒径为10～50微米）和颗粒状（粒径为0.4～2.4毫米）两种。通性是多孔，比表面积大。总表面积达每克500～1700㎡。主要性能参数是吸附容量和吸附速率。吸附容量是单位重量活性炭达到吸附饱和时能吸附的溶质量，和原料、制造过程及再生方法有关。吸附速率是指单位重量活性炭在单位时间内能吸附的溶质量。活性炭的性能碳化的定义碳化也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热，一般温度在600℃以下。有时原材料先经无机盐溶解处理后再碳化。活化的定义活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。当氧化过程的温度在800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂；当氧化温度在600℃以下时，一般用空气做氧化剂。活性炭的制作活性炭的制作分碳化及活化两步。活性炭的吸附类型活性炭吸附类型据固体外表吸附力的不一样，吸附可分三种类型：物理吸附化学吸附离子交流吸附分类吸附物理吸附:由分子间作用力而产生的吸附化学吸附:由化学键力引起的吸附离子交流吸附:溶质的离子由于静电引力而聚集在吸附剂表面的带电点上并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子活性炭的影响因素◆与活性炭吸附能力最直接的因素是表面的氧化物复体的性能。最简单的复体可以认为是一氧化碳和二氧化碳的复体。◆活性炭表面氧化物的成分主要受活化过程的影响。◆酸性氧化物使活性炭具有极性的性质，因之倾向于吸附极性较强的化合物。◆活性炭表面的金属离子部位带有正电荷，对那些带有过剩电子部位的分子有吸附力，可以增加活性炭吸附的速率。活性炭的吸附作用对芳族化合物的吸附非极性的链烷化合物在活性炭表面的吸附。有关极性分子氨基酸及蛋白质的吸附资料极少活性炭对于吸附无机物也有一定的潜力活性炭的吸附性能是由于它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布决定的。水污染主要的有害成分死亡有机质有机和无机化学药品磷重金属(汞,铅,镉,镍,硒,砷,铬,铊,铋,钒,金,铂,银等)活性炭在重金属废水处理的应用Huang等用粉体活性炭探讨对Hg2+的吸附,得出在pH为4.0~5.0时,可有效吸附浓度为0.2mmol/L的Hg2+99%以上192。经表面化学修饰的颗粒活性炭,可明显提高对金属离子的吸附。D.Aggarwal等用HNO3氧化颗粒活性炭,可使Cr3+的吸附量提高3倍以上。在pH为5.0~6.0时,Cr3+的最大吸附量高达146mg/g。活性炭吸附废水重金属的机制静电作用机理RiveraUtrillaJ.等用臭氧活化活性炭Filtrasorb400,根据活化时间的不同得到了F10和F120。用得到的两种活性炭与原活性炭在pH=6,T=298K时处理含Cr3+水溶液,发现吸附量的大小顺序为:FF10F120。在pH=6的情况下,F表面电荷为正电荷,F10表面电荷接近0,F120表面电荷为负电荷。而Cr3+在该pH值主要以Cr(OH)2+和Cr(OH)2+的形式存在。所以活性炭表面与溶液中阳离子的静电引力大小顺序为FF10F120。研究Cr3+吸附量与活性炭表面含氧官能团含量的关系时发现两者成正比例关系(相关系数为r2=0.98)。由此可见,活性炭与Cr3+作用时,表面官能团发挥了很重要的作用,推测吸附机理为静电相互作用。离子交换机理。JiaY.F.等用硝酸活化活性炭,根据活化时间的不同得到CN1(4h),CN2(48h),再对它们高温分解,分别得到N1-300-CN1-800,CN2-300-CN2-800。用得到的活性炭处理Cd2+水溶液时发现:CN2的吸附量大于CN1,CN1-300-CN1-800和CN2-300-CN2-800的吸附量依次下降。活性炭吸附废水重金属的机制而与同系列的活性炭相比,羧酸官能团含量依次下降,也就是说羧酸官能团含量下降导致了Cd2+吸附量下降。研究溶液中增加的H+浓度和吸附的Cd2+浓度的比值发现,在低浓度范围内比值接近2,推测反应机理为离子交换机制。所以活性炭表面羧酸基团的含量越大,吸附金属离子的能力越强活性炭吸附污水中有机物的机理活性炭吸附微量有机物主要通过以下三种机理解释:在表面含氧基团与吸附质之间发生的给-受电子作用在石墨结构的½电子与吸附质之间发生的扩散作用离子存在的静电吸引和排斥作用。活性炭吸附污水中有机物的机理Mattson等发现随着活性炭表面羰基的增多其对硝基苯酚的吸附量也增加,所以提出活性炭表面的羰基对有机物吸附的影响最大,他们认为吸附作用力主要为吸附质苯环上的½电子和羰基之间的作用力。吸附质苯环为受电子体,羰基为给电子体,形成了给电子-受电子复合物,所以吸附质苯环上含有吸电子基团时可以增加吸附量。活性炭氧化后羰基氧化为羧基,吸附剂和吸附质之间不能形成给电子-受电子复合物,导致吸附量下降。MorenoCastillaC.等研究活性炭对取代苯酚的吸附时也应用了给电子-受电子复合物机理。活性炭吸附污水中有机物的机理-½色散力作用机理是Coughlin和Ezra于1968年提出的。他们在研究苯酚的吸附时发现活性炭氧化改性后对苯酚的吸附量减少,认为氧化后产生的含氧官能团为吸电子基团,减弱了活性炭骨架上的½电子密度,从而减弱了吸附剂和吸附质之间的½-½作用,导致吸附量下降。同时含氧官能团使活性炭的亲水性增加,水分子通过与含氧官能团之间的氢键作用吸附在活性炭上。吸附的水分子成为二级吸附位点,从而吸附更多的水分子形成水分子簇,阻止了有机物向活性炭微孔的扩散。活性炭再生活性炭吸附过程,吸附质、活性炭及溶剂三者间由于亲和力的不同而形成一定的吸附平衡关系,要使吸附质脱离就要采取各种办法来改变平衡条件,活性炭再生依据改变吸附质的化学性质;用对吸附质亲和力强的溶剂萃取;用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来,然后再使置换物质脱附,活性炭得到再生;用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件;用降低溶剂中溶质浓度(或压力)的方法脱附;使吸附物(有机物)分解或氧化而除活性炭再生方法热再生法生物再生法电化学再生法超临界流体再生法超声波再生法微波辐射再生法TiO2光催化再生法参考文献陈皓,赵建夫,刘勇弟.2001.活性炭再生技术研究进展.化工环保,21(2):66.万柳，徐海林.活性炭吸附法处理重金属废水研究进展.能源环境保护，25（5）：32.李子龙,马双枫,王栋,王成彦,魏明岩.活性炭吸附水中金属离子和有机物吸附模式和机理的研究.环境科学与管理，34（10）：22.