• 表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂 具有类似化学吸附的能力。
• 一般说来，有助于极性分子的吸附，削弱对非 极性分子的吸附。
• 低温活化（＜500℃）处理→酸性氧化物 • 高温活化（＞800℃）处理→碱性氧化物
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（2）吸附质的性质
• ①溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。 通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长
活 性 炭 吸 附 柱
22
（2）移动床： 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：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。
一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸 附作用。 ②一般为单分子层吸附，分子不能在表面自由移 动。 ③吸附时放热量较大，通常需要一定的活化能。 • 在低温时，吸附速度较小。 • 吸附牢固，解吸困难。
（3）离子交换吸附的特点
指吸附质的离子由于静电引力作用聚 集在吸附剂表面的带电点上，并置换出 原先固定在这些带电点上的其他离子。
（4）吸附终点：出水浓度Cb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。
（5）吸附带长度δ：从ta到tb的△t时间内，吸附带所移动 的距离。
穿透曲线的Flash示意图
固定床的操作
固
是间断的，因 为吸附饱和后
定 需要更换新炭
床
吸
附 粒状活性炭
塔
吸附层
示
意
图
21
qV(C0 C) W
11
3、吸附速度(adsorption rate)：
指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸 附质的数量。
吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间 (contact time)。
吸附速度越快，接触时间越短，所需的吸附 设备的容积也就越小。
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4、吸附等温式
1）Langmuir等温式
• 当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸 附的数量等于解吸数量时，则吸附质在液相中和 吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到
吸附平衡。
2、吸附容量(adsorptive capacity)
单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用q 表示，单位mg/g 或g/g。 如果用V表示废水体积；C0和C分别表示吸附前后吸附 质的浓度；W表示吸附剂的质量，则：
吸附剂吸附量 q 3.9C0.5
今有100升溶液，色素的浓度为0.05g/L，欲将色素除去 90%,需加多少活性炭？
平衡时的C=0.05(1-90%)=0.005g/L
故q=3.9× 0.0005 .50.27g6/g
M 10 (0.0 0 50.00 ) 51.6 3g 0.276
3）B.E.T. 等温式
（3）腐植酸系吸附剂
• 一般认为腐植酸是一组芳香结构的、性质相似的 酸性物质的复合混合物。
• 它的大分子约由10个分子大小的微结构单元组成， 每个结构单元由核(主要由五员环或六员环组成)、 联结核的桥键 (如－O－、－CH2－、－NH－等)、 以及核上的活性基团所组成。
• 据测定，腐植酸含有的活性基团有羟基、羧基、 羰基、胺基、磺酸基、甲氧基等。
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 子量的增大而增加。 • 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。 ②使液体表面自由能降低得越多的吸附质则越容 易被吸附。
（3）操作条件
①温度： 吸附是放热过程，低温有利于吸附。
②pH: pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物)，
素，以及水分、灰分。 • 具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、
强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。
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适用于废水处理的粒状活性炭的主要指标
项目 比表面积 堆积密度 颗粒密度 真密度
有效粒经
平均粒径 均匀系数
数值
项目
数值
950-1500 m2/g
孔隙容积
0.85cm3/g
0.44 g/cm3 碘值(最小) 900mg/g
Langmuir假设：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；吸附 是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到 最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动 ；达动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。
q qmk1c kc 1k1ce 1k1
1 1 1 q qmk1c qm
式中 q-平衡吸附量 c-液相平衡浓度 qm-与最大吸附量有关的常数； k1-与吸附能有关的常数。
第10章
吸附与离子交换
Adsorption and Ion Exchange
1
本章要解决的问题:
• 你知道吸附过程的本质是什么吗? • 吸附在水处理中的作用是什么? • 吸附在工业上是如何实现的? • 常用的吸附剂有哪些?如何评价其优劣? • 离子交换与吸附的联系与区别是什么? • 离子交换柱是什么样子的? • 离子交换在水处理中的作用是什么?
2）Freundlich等温式
此为指数函数型式的经验公式：
qe kc1e/n
式中，k称为Freundlich吸附系数，n为常数，通常n＞1。 Freundlich式在一般的浓度范围内与Langmuir式比较接近
，但在高浓度时不像后者那样趋于一定值；在低浓度时，也不 会还原为直线关系。
应用
• 用活性炭吸附水中的色素的试验方程式为：
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移动床的进出水
移 是连续的，活性
动 炭的进出可以是
床
连续的也可以是 间断的
吸
附 粒状活性炭 塔 吸附层

构
造
示
意
图
新的或再生后的 活性炭
去再 生系
统
24
三、移动床吸附
。
移动床吸附优点：
移动床较固定床能充分利用床层吸附容量， 出水水质良好，且水头损失较小。由于原水从 塔底进入，水中夹带悬浮物随饱和炭排出，因 而不需要反冲洗设备，对原水预处理要求较低 ，操作管理方便。 • 目前较大规模废水处理多采用这种操作方式。
四、影响吸附的因素
（1）吸附剂性质的影响 1）比表面积
单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂 的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸 附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。 2）孔结构 • 吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。 • 孔径太大，比表面积小，吸附能力差。 • 孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分 子起屏蔽作用。L
一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面 的要求，应根据不同的场合选用.
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（1）活性炭
• 活性炭是一种非极性吸附剂。 外观为暗黑色，由含炭为主的物质为原料，经高温炭 化和活化制得的疏水性吸附剂。
• 粒状(granular activated carboan, GAC) • 粉状(powder activated carboan, PAC)两种。 • 活性炭主要成分除碳外，还含有少量的氧、氢、硫等元
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1.穿透曲线
（1）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。
（2）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。
（3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca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。
（3）流动床：
• 流动床也叫做流化床。吸附剂在塔中处于 膨胀状态，塔中吸附剂与废水逆向连续流 动。
• 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。
流动 床吸 附塔 构造 示意 图
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流化床 expanded bed
（1）固定床： 废水处理中常用的吸附装置。 让废水连续地通过填充吸附剂的设备，这种动态
吸附设备中，吸附剂在操作过程中是固定的，所 以叫固定床。 • 固定床根据水流方向：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。
qecsce1km q kce1ce/cs
式中 cs—吸附质的饱和浓度； k—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关。
三、 吸附工艺和设备
间歇 式 操 作 方 式
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
固定床 (fixed bed)
连续式 移动床 moving bed
也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性。 ③接触时间：
应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间。 ④共存物质：
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活性炭吸附镉氰络合物时去除率与PH值关系
去除率/%
100
80
60
40
20
镉去除率
氰去除率
0
2
4
6 pH 8
10 12
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四、吸附剂
工业吸附剂必须满足下列要求: （a）吸附能力强；（b）吸附选择性好； （c）吸附平衡浓度低； （d）容易再生和再利用； （e）机械强度好；（f）化学性质稳定； （g）来源广；（h）价格低。
（1）物理吸附特点
吸附剂和吸附质之间通过分子间力的吸附为 物理吸附。 • ①没有选择性。 • ②物理吸附主要发生在低温状态下，放热较小。 • ③可以是单分子层或多分子层吸附。 • ④解吸容易。 • 影响物理吸附的主要因素是吸附剂的表面积和细 孔分布。