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活性炭的性质及其吸附原理

  来源:formtecplastics.com
  活性炭有用于流化床的粉末状(PAC),也有用于固定床的颗粒状(GAC)。适用于水及废水处理的活性炭可由不同的原料制得,如烟煤、泥煤、褐煤、焦炭、木材及椰子壳等。制备时,加热上述材料使挥发性物质气化,并使之热解、碳化,然后进行活化处理。
  活化过程能选择性地在碳化材料中除去一部分碳原子,使碳原子重新排列形成孔状结构,并扩大微孔的孔径,活化过程中可以通过物理方法或化学方法实现。在制造过程中,处于微晶体边缘的碳原子,由于共价键不饱和而易与其它元素如氧、氢等结合形成各种含氧官能团(又称表面氧化物),如羟基、羧基等,含量及电荷随原料组成,随活化条件不同而异,低温活化(T<5000℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+,因此能降低蒸馏水的pH值:高温活化(800~1000℃ )的碳可以生成表面碱性氧化物,水解后可以放出OH-基团,因此能提高蒸馏水的pH值。
  由于活性费来面具有微弱及性,使其它及性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非及性溶质吸附量的降低。而对水中某些金属离子将产生离子交换吸附或络合反应,提高处理效果。
  此外,活性炭还是一种催化剂,具有催化氧化及催化还原作用。使水中金属如二价铁氧化成三价铁,二价汞离子还原成金属汞而被吸附去除。
  在吸附过程中发生溶质由溶剂向固体吸附剂表面的质量传递,推动力可以是溶质的疏水特性或溶质对固体表面的亲和性,或两者均存在。在废水处理中通过活性炭吸附而被去除的物质一般为兼有疏水基团与亲水基团的有机化合物。有机物的疏水基团易靠近固体表面而被吸附。表面活性剂是这类有机物的一个代表。溶质对固体表面的亲和力主要由两方面原因形成,一种原因是溶解度。溶质的溶解度越大,则向表面运动的可能性越小。相反,溶质的憎水性越大,向吸附界面移动的可能性越大;二种原因是溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力所引起。吸附作用的速率可以由弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式反映。
  当活性炭吸附达到饱和后,可以进行脱附再生,然后再重复使用,这也是活性炭的又一优点。脱附再生是吸附的逆过程,即在吸附剂结构不变化或者变化较小的情况下,将吸附质从吸附剂孔隙中除去,恢复它的吸附能力。通过再生使用,可以降低处理成本,减少废渣排放,同时回收吸附质。
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