清华大学：《高等水处理》第三章 活性炭吸附

第三章活性炭吸附 Activated Carbon Adsorption 3-1原理 3-2运行方式与设备 33在水处理中的应用 O 3-4研究与应用的动向

第三章 活性炭吸附 Activated Carbon Adsorption 3-1 原理 3-2 运行方式与设备 3-3 在水处理中的应用 3-4 研究与应用的动向

3-1原理 活性炭的性能 含碳材料制成 2分为:粒状炭 granular activated carbon,GAC 粉状炭 powdered activated carbon,PAC 生产工艺: 煤、果壳、木屑 Ro 。成型、破碎 炭化 活化 日口

3-1 原理 一、活性炭的性能 含碳材料制成 分为：粒状炭 granular activated carbon, GAC 粉状炭 powdered activated carbon, PAC 生产工艺： 煤、果壳、木屑 成型、破碎 炭化 活化 产品

孔隙丰富0609m/g 巨大的比表面积7001002g 非极性吸附剂,吸附水中非极性、弱极 性有机物质 物理表面吸附作用,范德华力, 。选择性低,可多层吸附,脱附容易 ·含有多种官能团 。。吸附重金属离子 O 络合螯合作用,选择性高, 单层吸附,脱附困难

•孔隙丰富 0.6-0.9cm3/g •巨大的比表面积 700-1000m2/g 非极性吸附剂，吸附水中非极性、弱极 性有机物质 物理表面吸附作用，范德华力， 选择性低，可多层吸附，脱附容易 • 含有多种官能团 吸附重金属离子 络合螯合作用，选择性高， 单层吸附，脱附困难

·例Z活性炭性能 ,的 材质:无烟煤,加入适量粘合剂(水、煤 焦油) 柱状炭(粒状炭的一种): d=15m L=3-4mm 生产工艺:成型、炭化、蒸汽活化 比表面积900m2g 堆积重:450-530gL 真密度:2.2gcm3

•例 ZJ15 活性炭性能 材质：无烟煤， 加入适量粘合剂（水、煤 焦油） 柱状炭（粒状炭的一种）： d=1.5mm L=3-4mm 生产工艺： 成型、炭化、蒸汽活化 比表面积: 900m2/g 堆积重：450-530g/L 真密度：2.2g/cm3

总孔容积:0.8cmg 其中大孔(孔径>1000 0.3cm g 中孔(40-1000)0.1cm%g 。微孔(孔径<40A)04cmg主要吸附区 在水处理中的大致吸附容量: 50mg苯酚/g炭(Ce=10mg/L) O 0.gCOD/g i(Ce=20mg/L)

总孔容积： 0.8cm3/g 其中 大孔（孔径>1000Å) 0.3cm3/g 中孔（40-1000Å） 0.1cm3/g 微孔（孔径<40Å) 0.4cm3/g 主要吸附区 在水处理中的大致吸附容量： 50mg苯酚/g炭 (Ce=10mg/L) 0.3gCOD/g炭 (Ce=20mg/L)

二、吸附容量与吸附等温线 吸附分类: 液相吸附如水处理本章主要论述对象 气相吸附如工业有机废气处理、防毒面具 极性越强,被吸附性越差 1.吸附影响因素 (1)吸附质的化学性状 。如:苯的被吸附性强 苯酚的被吸附性比苯差 ·官能团亲合力大小

二、吸附容量与吸附等温线 吸附分类： 液相吸附 如水处理 本章主要论述对象 气相吸附 如工业有机废气处理、防毒面具 1. 吸附影响因素 （ 1）吸附质的化学性状 • 极性越强，被吸附性越差 如： 苯的被吸附性强 苯酚的被吸附性比苯差 • 官能团 亲合力大小

(2)吸附质的分子大小 有效吸附孔 对于液相吸附: 活性炭中起吸附作用的孔直径(D) 吸附质分子直径 17-21 其最佳吸附范围D/d=176 D=17d的孔是活性炭中对该吸附质其作用的 最小的孔

（2）吸附质的分子大小 • 有效吸附孔 对于液相吸附： 活性炭中起吸附作用的孔直径（D） 吸附质分子直径 =1.7-21 其最佳吸附范围D/d=1.7-6 D=1.7d的孔是活性炭中对该吸附质其作用的 最小的孔

Dd=17-3时,吸附孔内只能吸附一个吸附质分 子,这个分子四周都受到吸附力,吸附紧密 D/d>3以后,随着Dd的不断增加,吸附质分子 趋于单面受力状态,吸附力随之降低 分子量与分子直径的关系 假设: 球状 六方密堆积方式排列

D/d=1.7-3时，吸附孔内只能吸附一个吸附质分 子， 这个分子四周都受到吸附力，吸附紧密 D/d>3以后，随着D/d的不断增加，吸附质分子 趋于单面受力状态，吸附力随之降低 •分子量与分子直径的关系 假设： 球状 六方密堆积方式排列

分子平均直径与分子量的关系: d=133Mp)13=13M/3 式中M-分子量(道尔顿) d-分子平均直径(A) p一密度(g/cm) 。实测的分子平均直径与计算的分子平均直径比 物质名称分子量 实测的分子平计算的分子平 均直径(A)均直径(A 融菌酶 本 25.7 57 1460034(45*30*30)33 肤凝蛋白酶|2004595399939 羧肽酶A343004345042*38) 43° 血红蛋白。68000约6054

分子平均直径与分子量的关系： d=1.33(M/ ρ )1/3=1.33M1/3 式中 M--分子量（道尔顿） d--分子平均直径（ Å ） ρ--密度（g/cm 3 ) 实测的分子平均直径与计算的分子平均直径比较 物质名称 分子量 实测的分子平 计算的分子平 均直径（ Å ） 均直径（ Å ） 苯 78 5.7 5.7 融菌酶 14600 34(45*30*30) 3 3 胰凝蛋白酶 25000 39(45*35*38) 3 9 羧肽酶 A 34300 43(450*42*38) 4 3 血红蛋白 68000 约 60 54

平均分子直径估算 2苯酚M=94,d=6.0A 亚甲蓝M=374,d=9.6A 般关系 分m0mm0 平均分子径A)613298213

平均分子直径估算： 苯酚 M=94, d=6.0 Å 亚甲蓝 M=374, d=9.6 Å 一般关系： 分子量 102 103 104 105 106 平均分子直径（Å ） 6 13 29 62 1 3 3