2023学年完整公开课版吸附

第4章水的物理化学处理技术

（一）

吸附

主讲人：王璇上期回顾2023/5/17新疆农业职业技术学院王璇1.污水的化学处理方法有哪些？2.影响混凝效率的因素有哪些？水力条件是指什么？3.消毒剂有哪些？其各自的特点是什么？消毒的投药点在什么位置？投加量怎样确定？目录2023/5/17新疆农业职业技术学院王璇4.1吸附概述4.2吸附剂的种类4.3吸附剂的再生4.4吸附操作及设备4.5应用实例01生活中的吸附现象和应用？废水处理中为什么要采用此方法？5/17/2023新疆农业职业技术学院王璇第一节吸附概述吸附法对水的预处理要求高吸附剂的价格昂贵工业废水中含有的难降解有机物，例如：塑料ABS树脂和某些杂环化合物。废水中微量污染物。达到深度净化的作用。从高浓度的废水中吸附某些物质达到资源回收和治理的目的。第一节吸附概述1.1吸附基本原理吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程。当一种固体吸附剂表面与一种溶液接触时，就会发生吸附现象。由于表面力的不平衡，在固体表面上就会积聚起一层溶质分子。第一节吸附概述1.1吸附基本原理吸附：一种物质附着在另一种物质表面上的过程。吸附剂：具有吸附能力的物质。（活性炭）吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。吸附作用力：通过氢键、偶极矩作用、范德华力和化学键力等多种化学作用和物化作用，使得吸附质被吸附在吸附剂表面。脱附：与吸附作用相反，即吸附在吸附剂表面的吸附质从吸附剂表面脱落的过程。第一节吸附概述1.2吸附的分类根据固体表面吸附力的不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。1.物理吸附吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。2.化学吸附吸附剂和吸附质之间由化学键力产生的吸附。第一节吸附概述1.2吸附的分类根据固体表面吸附力的不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。1.物理吸附吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。吸附热小，低温时就能进行。吸附可逆。可形成单分子吸附层或多分子吸附层。一种吸附剂可吸附多种吸附质。吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快第一节吸附概述1.2吸附的分类根据固体表面吸附力的不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。2.化学吸附吸附剂和吸附质之间由化学键力产生的吸附。吸附热大，一般在较高温度下进行。吸附不可逆。只能形成单分子吸附层。一种吸附剂只能吸附一种或几种吸附质。吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。第一节吸附概述1.3吸附等温线吸附剂吸附质吸附脱附吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再改变而达到平衡。吸附量q（g/g）（吸附剂吸附能力的大小）：单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。第一节吸附概述1.3吸附等温线在温度一定的条件下，吸附量随吸附质平衡浓度的提高而增加。把吸附量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。1朗格缪尔公式（1）吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；（2）吸附是单分子层。（3）被吸附分子之间没有作用力。第一节吸附概述1.3吸附等温线1朗格缪尔公式取倒数第一节吸附概述1.3吸附等温线2

Freundlich弗劳德利希吸附等温式qe=KCe1/nK——Freundlich吸附常数;Ce——平衡浓度，mg/L。n——常数，通常n>1.1/n越小，吸附性能越好;1/n=0.1-0.5，容易吸附；1/n>2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。第一节吸附概述1.3吸附等温线3

B.E.T等温式假定发生多分子层吸附。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和:第一节吸附概述1.3吸附等温线由吸附平衡、吸附容量确定吸附剂的用量；选择最佳的吸附剂；吸附剂的最佳吸附条件；不同吸附剂的吸附特性对比；混合吸附质的竞争吸附比较。吸附模型的工程意义第一节吸附概述1.4吸附的影响因素(1)吸附剂的种类:极性型，非极性型（物以类聚）(2)颗粒大小:(3)比表面积:(4)颗粒的细孔构造与分布:(5)表面化学性质:表面含氧官能团的性质－COOH、－OH等,有助于对极性分子的吸附物理性质化学性质1.吸附剂的性质：第一节吸附概述1.4吸附的影响因素2.吸附质的性质：（1）溶解度——越低越容易吸附。（2）浓度——吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至为一定值。（3）吸附质分子的大小和不饱和度。活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物第一节吸附概述1.4吸附的影响因素3.操作条件的影响：(1)废水的pH值----影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。例如:活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。(2)共存物质----对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差。(3)温度----吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于解吸。(4)接触时间---应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度V，V大则所需时间短。第二节吸附剂的种类2.1吸附剂的选择原则

性能好：吸附量高，吸附速度快。再生效果好物化性能好价廉、来源广第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂

活性炭、活性炭纤维；

吸附树脂；

特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛；

其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂1.活性炭：（1）组成结构：由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。（2）分类：粉末—吸附能力强，制备易，成本低，再生难；颗粒—成本高，可再生按习惯分：微孔<150nm中孔150-20000nm大孔>20000nm。

第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂1.活性炭：活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔的总内表面积可高达700－2300平方米，这就是活性炭吸附能力强和吸附容量大的主要原因。第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂1.活性炭：（3）特点活性炭外观是为暗黑色，吸附容量大，性能稳定，抗腐蚀，能经受水浸和高温。在高温解吸时结构热稳定性好，解吸容易，可反复使用，不产生二次污染。比重比水轻。（4）应用一般情况下，对废水中以BOD、COD等综合指标表示的有机物，如合成染料、表面性剂、酚类、苯类、有机氯、农药和石油化工产品等，都有独特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成为工业废水二级或三级处理的主要方法之一。

空气净化、农业等领域。第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂2.树脂吸附剂：结构：立体结构的多孔海绵状物，不溶于酸碱及一般溶液，表面积大。分类：非极性，弱极性，极性，强极性。特点：价高，稳定性高，选择性强，应用范围广，比活性炭更容易再生。第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂3.腐植酸类吸附剂：组成—芳香结构的,性质与酸性物质相似的复杂混合物。含活性基团，属于阳离子吸附剂。外观为黑色粉状、颗粒。溶于水，呈碱性，含有羟基、羧酸盐等活性基团。

吸附对象—金属离子。第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂4.活性氧化铝：组成：Al2O3水合物的无定形凝胶和氢氧化物晶体构成的多空刚性骨架结构物质。特点：无毒，稳定，在水中不溶胀、软化或崩碎破裂，抗冲击和耐磨损能力强。吸附极性分子的吸附剂。

第二节吸附剂的种类2.2重要吸附剂5.天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土等含有SiO2、Al2O3等。6.沸石分子筛：结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。第三节吸附剂的再生3.1加热再生法低温法适用于吸附浓度较高的简单低分子量的碳氢化合物和芳香族有机物的活性炭的再生。由于沸点较低，一般加热到200℃即可脱附。一般采用水蒸气再生，可直接在塔内进行再生。被吸附的有机物脱附后可利用。第三节吸附剂的再生3.1加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。（1）原理

高温下，吸附质分子振动，从吸附剂表面活性点脱附下来。高温下，有机物分子成气态分子逸出或成短链有机物。（2）再生过程脱水、干燥(100-150℃)、炭化(300-00℃)、活化(700-1000℃)。

（3）再生设备

立式多段再生炉、旋转再生炉。第三节吸附剂的再生3.1加热再生法高温法适用于粒状炭的再生，高温加热再生过程一般分5步进行。1)脱水：使活性炭和输送液分离。2)干燥：加温到100~150℃，将细孔中的水分蒸发出来，同时使一部分低沸点的有机物也挥发出来。3)碳化：加热到300~700℃，高沸点的有机物由于热分解，一部分成为低佛点物质而挥发，另一部分被碳化留在活性炭细孔中。4)活化：加热到700~1000℃，使碳化后留在细孔中的残留碳与活化气体(如蒸气、CO2、O2等)反应，反应产物以气态形式(CO2、CO、H2)逸出，达到重新造孔的目的。5)冷却：活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。第三节吸附剂的再生3.1加热再生法第三节吸附剂的再生3.2溶剂再生

（1）原理

吸附质与溶剂的亲和力大于与吸附剂的亲和力。（2）常用再生剂

酸碱类、有机溶剂。吸附的酚、醋酸可用氢氧化钠再生。吸附的DDT可用异丙醇再生。第三节吸附剂的再生3.3其他再生方法

氧化法、生物法等生物再生法主要用于吸附质为有机物的情况。利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物氧化分解。活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地会有损失。对加热再生法，再生后的活性炭微孔减少，过渡孔增加，比表面积和碘值均有所降低。对于主要靠微孔的吸附操作，再生次数对吸附有较重要的影响。对于主要利用过渡孔的吸附操作，则再生次数对吸附性能的影响不大。第三节吸附剂的再生3.3其他再生方法第四节吸附操作及设备4.1工艺过程废水预处理吸附排放静态吸附动态吸附间歇式操作废水和吸附剂在相对运动过程中完成吸附固定床、流化床、移动床去除废水中影响吸附的杂质:悬浮物、油类、胶体混凝、沉淀、过滤第四节吸附操作及设备4.1工艺过程静态将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液操作方式固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中动态第四节吸附操作及设备4.2固定床固定床根据水流方向又分为升流式(up-flow)和降流式(down-flow)两种。降流式出水水质较好，水头损失较大，易堵塞。升流式水头损失小，运行时间较长。不易堵塞，但吸附剂易流失。第四节吸附操作及设备4.2固定床39

粒状活性炭吸附层固定床的操作是间断的，因为吸附饱和后需要更换新炭固定床吸附塔示意图第四节吸附操作及设备4.2固定床固定床不同的组合方式原水产品水产品水产品水原水原水

a）b）c）a－单塔b－多塔串连c－多塔并联第四节吸附操作及设备4.2固定床穿透曲线

a．向一吸附柱内装填一定量的吸附剂（使用前必须浸泡24h以上）。b．以一定流量向吸附柱内通过污水。c．测定出水中污染物浓度。d．作出Ce——时间曲线，如图。

第四节吸附操作及设备4.2固定床穿透曲线吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。穿透点：当出水吸附质浓度Cb为(0.05~0.10)Co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点。吸附终点：出水浓度Cx为(0.90~0.95)Co时所对应的出水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭点）。第四节吸附操作及设备4.3移动床移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出，即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。按吸附剂排出的方式又分为间歇移动床和连续移动床。移动床充分利用吸附剂的吸附容量，水头损失小。第四节吸附操作及设备4.3移动床44

粒状活性炭吸附层新的或再生后的活性炭移动床的进出水是连续的，活性炭的进出可以是连续的也可以是间断的第四节吸附操作及设备4.4流动床可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗，设备小，生产能力大，预处理要求低。运转中操作要求高，不易控制，同时吸附剂的机械强度要求高。第四节吸附操作及设备4.4流动床流动床吸附塔构造示意图46

第五节