Принцип адсорбции активированного угля
Apr 02, 2022
Введение активированного угля
Активированный уголь представляет собой черный порошок или гранулированный углеродный материал. Из-за неравномерного расположения микрокристаллического углерода в структуре активированного угля между поперечными соединениями возникают поры, и при активации будут образовываться дефекты структуры углерода, поэтому он представляет собой своего рода пористый углерод с низкой объемной плотностью и большой удельной площадью поверхности. Основной материал фильтра.
Производство активированного угля
Основным сырьем активированного угля могут быть практически все богатые углеродом органические материалы, такие как уголь, древесина, фруктовая скорлупа, скорлупа кокосового ореха, скорлупа грецкого ореха, скорлупа абрикоса, скорлупа зизифуса и др. Эти углеродистые материалы превращаются в активированный уголь путем пиролиза при высокой температуре и определенном давлении в активирующей печи. В ходе этого процесса активации постепенно формируется огромная площадь поверхности и сложная структура пор, и в этих порах и на них осуществляется так называемый адсорбционный процесс. Размер пор в активированном угле оказывает селективное адсорбционное действие на адсорбат, что объясняется тем, что макромолекулы не могут проникать в поры активированного угля меньше его пор. Активированный уголь представляет собой гидрофобный адсорбент, изготовленный из материалов на основе угля в качестве сырья, которые обугливаются и активируются при высокой температуре. Активированный уголь содержит большое количество микропор и имеет огромную площадь поверхности, которая может эффективно удалять цвет и запах, а также может удалять большинство органических загрязнителей и некоторые неорганические вещества во вторичных стоках, включая некоторые токсичные тяжелые металлы.
Принцип действия активированного угля
1) Принцип фильтрации
Фильтр с активированным углем представляет собой процесс перехвата загрязняющих веществ во взвешенном состоянии в воде, а перехваченное взвешенное вещество заполняет промежутки между активированными углями. Размер пор и пористость фильтрующего слоя увеличиваются с увеличением размера частиц материала активированного угля. То есть, чем грубее размер частиц активированного угля, тем больше пространство, которое может вместить взвешенные твердые вещества. Это проявляется в усиленной фильтрационной способности, повышенной грязеудерживающей способности и повышенном перехвате грязи. В то же время, чем больше поры фильтрующего слоя активированного угля, тем глубже взвешенные твердые вещества в воде могут транспортироваться в следующий слой фильтрующего слоя активированного угля. При условии достаточной толщины защиты взвешенные твердые вещества могут удерживаться больше, что делает средний и нижний фильтрующие слои более эффективными. Функция перехвата хорошо выполняется, и количество перехвата загрязняющих веществ агрегата увеличивается.
Строго говоря, удерживающая способность активированного угля для взвешенных твердых веществ исходит из площади поверхности, обеспечиваемой активированным углем. Когда скорость потока низкая, фильтрационная способность установки в основном исходит из экранирующего эффекта активированного угля, а когда скорость потока быстрая, фильтрующая способность исходит из адсорбционного эффекта на поверхности частиц активированного угля. Тем сильнее адгезия.
2) Принцип адсорбции
В зависимости от различных сил между молекулами активированного угля и молекулами загрязняющих веществ во время процесса адсорбции адсорбцию можно разделить на две категории: физическая адсорбция и химическая адсорбция (также известная как активная адсорбция). В процессе адсорбции, когда сила между молекулами активированного угля и молекулами загрязняющих веществ составляет силу Ван-дер-Ваальса (или электростатическое притяжение), это называется физической адсорбцией; когда сила между молекулами активированного угля и молекулами загрязняющих веществ является химическими связями, это называется хемосорбцией. . Адсорбционная сила физической адсорбции в основном связана с физическими свойствами активированного угля и имеет мало общего с химическими свойствами активированного угля. Поскольку сила Ван-дер-Ваальса слаба, она мало влияет на структуру молекул загрязняющих веществ. Эта сила такая же, как и сила межмолекулярного сцепления, поэтому физическую адсорбцию можно сравнить с явлением агломерации. Химические свойства загрязняющих веществ остаются неизменными при физической адсорбции.
Благодаря сильной химической связи он оказывает большое влияние на структуру молекул загрязняющих веществ, поэтому хемосорбцию можно рассматривать как химическую реакцию, которая является результатом химического взаимодействия между загрязняющими веществами и активированным углем. Хемосорбция обычно включает в себя совместное использование электронных пар или перенос электронов, а не простое возмущение или слабую поляризацию, и является необратимым процессом химической реакции. Фундаментальное различие между физисорбцией и хемосорбцией заключается в силе, которая создает адсорбционную связь.
Процесс адсорбции — это процесс, в котором молекулы загрязняющих веществ адсорбируются на твердой поверхности, и свободная энергия молекул уменьшается. Поэтому процесс адсорбции является экзотермическим процессом, а выделяемое тепло называется адсорбционной теплотой загрязняющего вещества на твердой поверхности. Из-за различных сил физической адсорбции и химической адсорбции они показывают определенные различия в теплоте адсорбции, скорости адсорбции, энергии активации адсорбции, температуре адсорбции, селективности, количестве адсорбционного слоя и спектре адсорбции.
Технология адсорбции активированного угля уже много лет используется в нефтепереработке и обесцвечивании фармацевтической, химической и пищевой промышленности в Китае. Он используется для очистки промышленных сточных вод с 1970-х годов. Производственная практика показывает, что активированный уголь обладает отличной адсорбцией для отслеживания органических загрязнителей в воде, и он оказывает хорошее адсорбционное воздействие на промышленные сточные воды, такие как текстильная печать и крашение, химическая промышленность красителей, пищевая промышленность и органическая химическая промышленность. При нормальных обстоятельствах он обладает уникальной способностью удалять органические соединения, представленные комплексными показателями, такими как БПК и ХПК, в сточных водах, таких как синтетические красители, поверхностно-активные вещества, фенолы, бензолы, хлорорганические соединения, пестициды и нефтехимические продукты. Поэтому адсорбция активированного угля постепенно стала одним из основных методов вторичной или третичной очистки промышленных сточных вод.
Адсорбция - это медленно действующий процесс прикрепления одного вещества к поверхности другого. Адсорбция – это межфазное явление, которое связано с изменениями поверхностного натяжения и поверхностной энергии. Есть две движущие способности, которые вызывают адсорбцию, одна из которых - отталкивание растворяющей воды к гидрофобным веществам, а другая - аффинное притяжение твердых веществ к растворенным веществам. Большая часть адсорбции при очистке сточных вод является результатом комбинированного воздействия этих двух сил. Удельная площадь поверхности и структура пор активированного угля напрямую влияют на его адсорбционную способность. При выборе активированного угля его следует определять с помощью экспериментов по качеству сточных вод. Для печати и окрашивания сточных вод следует выбирать углеродные породы с развитыми переходными порами. Кроме того, влияние оказывает и зольность. Чем меньше зольность, тем лучше адсорбционные показатели; чем ближе размер молекулы адсорбата к диаметру пор углерода, тем легче ее адсорбировать; концентрация адсорбата также влияет на адсорбционную способность активированного угля. В пределах определенного диапазона концентраций адсорбционная способность увеличивается с увеличением концентрации адсорбата. Кроме того, температура воды и рН также играют определенную роль. Адсорбционная способность уменьшалась с повышением температуры воды.
