第十五章 吸附法

第十五章 吸附法第十五章 吸附法本章内容本章内容 :: 吸附法功能与特点吸附法功能与特点 吸附法基本原理吸附法基本原理 吸附剂及其再生吸附剂及其再生 吸附工艺与设计吸附工艺与设计 吸附法废水处理应用吸附法废水处理应用

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点

功能 功能 去除水中溶解态微量污染物。去除水中溶解态微量污染物。 有机物 有机物 胶体粒子胶体粒子 重金属离子重金属离子 放射性元素放射性元素 其他（微生物、余氯、臭味、色度其他（微生物、余氯、臭味、色度））

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点

特点特点

深度处理深度处理 可回收有用物料可回收有用物料 进水预处理要求高进水预处理要求高 运转费用贵运转费用贵

2 2 吸附法基本原理吸附法基本原理

固体表面吸附 固体表面吸附 不同相表（界）不同相表（界）面面 剩余表面能剩余表面能 溶质浓集溶质浓集 吸附剂吸附剂 吸附质吸附质 解吸或脱附

2.1 2.1 吸附机理及分类吸附机理及分类

引起吸附的原因 引起吸附的原因 范德华力范德华力 化学键力化学键力 静电引力静电引力

2.1 2.1 吸附机理及分类吸附机理及分类

吸附的分类 吸附的分类 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附 交换吸附交换吸附

2.1 2.1 吸附机理及分类吸附机理及分类

物理吸附 物理吸附

分子间力分子间力 (( 范德华力范德华力 )) 引起引起 没有选择性没有选择性 放热较小，约放热较小，约 42kJ42kJ ／／ molmol 或更少或更少 多分子层吸附多分子层吸附 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大吸附剂的比表面积和细孔分布影响大

2.1 2.1 吸附机理及分类吸附机理及分类

化学吸附化学吸附

化学反应，形成牢固的化学键化学反应，形成牢固的化学键 放热量较大，约放热量较大，约 84—420kJ84—420kJ ／／ mm

olol 有选择性有选择性 单分子层吸附单分子层吸附 表面化学性质和化学性质影响大表面化学性质和化学性质影响大

2.1 2.1 吸附机理及分类吸附机理及分类

交换吸附 交换吸附

正负电荷间静电引力引起正负电荷间静电引力引起 吸附剂表面带电点吸附剂表面带电点 离子置换离子置换 离子电荷数和水合半径影响大离子电荷数和水合半径影响大

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式

平衡吸附量平衡吸附量

式中 式中 V——V—— 溶液体积，溶液体积， LL CoCo 、、 Ce——Ce—— 分别为溶质的初始和平衡浓度，分别为溶质的初始和平衡浓度， mgmg ／／ LL m——m—— 吸附剂量，吸附剂量， gg

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式

吸附试验吸附试验

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式

吸附等温线吸附等温线

吸附等温式吸附等温式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式

Langmuir Langmuir 吸附等温式 吸附等温式

理论假设：理论假设：

吸附剂表面均一吸附剂表面均一 吸附是单分子层的吸附是单分子层的

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 Langmuir Langmuir 吸附等温式吸附等温式

e

ee bC1

abCq

a

1

C

1

ab

1

q

1

ee

＋

式中 式中 aa 、、 b——b—— 常数常数 Ce ——Ce —— 平衡浓度，平衡浓度， mg/Lmg/L

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 Langmuir Langmuir 吸附等温吸附等温

式式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 Langmuir Langmuir 吸附等温吸附等温

式式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 B.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式 假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上

面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质问的再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质问的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。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。总吸附量等于各层吸附量之和。

式中 式中 a a ，， B——B—— 常数；常数； Cs ——Cs —— 吸附质饱和浓度，吸附质饱和浓度， mg/Lmg/L Ce ——Ce —— 平衡浓度，平衡浓度， mg/Lmg/L 。。

1)(Ce/Cs)-(B1Ce)-(Cs

BaCq e

e

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 B.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 B.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 FreundlichFreundlich 吸附等温式吸附等温式 指数形式的经验式。指数形式的经验式。

式中 式中 KK ，， n——n—— 常数；常数； Ce ——Ce —— 平衡浓度，平衡浓度， mg/Lmg/L 。。 一般认为，一般认为， 11 ／／ nn 值介于值介于 0.10.1 ～～ 0.50.5 之间时易于吸之间时易于吸

附，而＞附，而＞ 22 时难以吸附。时难以吸附。

n

1

ee KCq

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 吸附等温式直线式吸附等温式直线式

2.2 2.2 吸附平衡与吸附等温式吸附平衡与吸附等温式 吸附等温式直线图吸附等温式直线图

2.3 2.3 影响吸附的因素影响吸附的因素

吸附剂结构的影响吸附剂结构的影响 比表面积比表面积 孔结构 大孔 孔结构 大孔 >100 nm>100 nm 2nm<2nm< 过渡孔过渡孔 <100nm<100nm 微孔微孔 <2nm<2nm 表面化学性质 表面含氧官能团的性质表面化学性质 表面含氧官能团的性质 －－ COOHCOOH 、－、－ OHOH 等等 有助于对极性分子的吸附有助于对极性分子的吸附

2.3 2.3 影响吸附的因素影响吸附的因素 吸附质性质的影响吸附质性质的影响 对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸

附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭对有机酸子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸的次序而增加。 的吸附量按甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸的次序而增加。 活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较 活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有机物好，脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。实际废非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。实际废水体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相水体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。 促进、干扰或互不相干。

2.3 2.3 影响吸附的因素影响吸附的因素 操作条件的影响操作条件的影响 吸附是放热过程，低吸附是放热过程，低

温有利于吸附，升温有利温有利于吸附，升温有利于解吸。溶液的于解吸。溶液的 pHpH 值影值影响到溶质的存在状态响到溶质的存在状态 (( 分分子、离子、络合物），也子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影特性和化学特性，进而影响到吸附效果。国内用太响到吸附效果。国内用太原原 88＃炭吸附＃炭吸附 Cd—CNCd—CN 络络合物的试验结果如图所示。合物的试验结果如图所示。

2.4 2.4 吸附动力学吸附动力学 吸附速度 单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的吸附速度 单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的

物质量。物质量。 吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附别表面段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附别表面 ((膜扩膜扩散散 )) ；第 二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为；第 二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段速度所应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。

。 。

1 1 吸附法功能与特点吸附法功能与特点