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活性炭吸附法
        活性炭吸附技術在國內用於醫藥、化工(gōng)和食品等工業的精製和脫色已有多年曆史。70年代開始用於工業廢水(shuǐ)處理。活性炭吸附法(fǎ)已逐步成為工業廢水二級或(huò)三級(jí)處理的主要方法之一。

 

基本(běn)信息

  • 中(zhōng)文名稱

    活性炭吸附法

  • 應(yīng) 用

    醫(yī)藥(yào)、化(huà)工和食品等工業

 
  • 用 途

    工業廢水二級三(sān)級處理(lǐ)主要方法

  • 條 件

    低水溫、低pH值易於吸附

簡介(jiè)   

 吸附是一種物(wù)質附著在另一種(zhǒng)物質表麵上的緩(huǎn)慢作(zuò)用過程。吸附(fù)是一種(zhǒng)界麵現象活性炭吸附(fù)法,其與表麵張(zhāng)力、表麵能的(de)變化(huà)有關。引(yǐn)起吸附的推動能力有兩種,一種是溶劑水對疏水物質的排斥力,另(lìng)一種(zhǒng)是(shì)固體對溶質(zhì)的(de)親和(hé)吸引力。廢水處理中的吸附,多數是這兩種力綜合作用(yòng)的結果。活(huó)性炭的比表麵積和孔隙(xì)結構直接影響其吸附能力(lì),在選擇活性炭時(shí),應根據廢水的水質通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發達的炭種。此(cǐ)外,灰分也有影響(xiǎng),灰分愈小,吸附性能愈好;吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈(yù)接近,愈容(róng)易被吸附;吸(xī)附質濃度對活性炭吸附(fù)量也有影響。在一定濃度範(fàn)圍(wéi)內,吸附量是隨吸附質濃度的增大而增加的。另(lìng)外,水溫和pH值也有影響(xiǎng)。吸(xī)附量隨水溫的升高而減少(shǎo),隨(suí)pH值的降低而增大。故低水溫、低pH值有利於活性炭的吸(xī)附。

活性碳的吸附作用



      吸附是指液(yè)體或氣體附著集(jí)中於固體表麵的作用,一般的活性碳都能發生這種作用。吸附與吸收不同,吸(xī)收是指讓液體或氣體進入固體的內部的原子結構中,但活性碳並不具備這樣的能力,它的(de)吸附作用隻(zhī)是一個表麵(miàn)現象,所以隻發生於它的表麵。
        吸附作用的形成,主(zhǔ)要(yào)來自倫敦分散力,這也是另一種凡(fán)得瓦力的(de)表現形式。此種力普遍存在於不具有性偶極矩的分子之間,它(tā)是一種(zhǒng)自然的吸引力。隻要分(fèn)子足夠靠近,都會很自然產生(shēng)這種作用力。凡是能利用此種力把物質吸住的作用,我們稱(chēng)為物理吸附。此種作用力與溫度無關,因此不受溫(wēn)度之影響。
        倫敦分散(sàn)力必須在碳表麵與被吸附分子之間達到作用的距離之(zhī)後才(cái)會發生,該力的大小涉及被吸附(fù)分子中所有相關(guān)原子與活性碳表麵碳原子密切接觸(chù)的程度。如果接觸的程度(dù)越高,則該力越大,同時活性(xìng)碳對該分(fèn)子(zǐ)的吸附能力也越強。

應(yīng)用曆史


        回顧百年來世界(jiè)活性炭應用的曆史,不妨粗略劃分為三個階段:
        靠前階段,從20世紀初到約20世紀20年代為萌芽階段:
        第二階(jiē)段,從約20世紀20年代中期為中期為成長階(jiē)段;
        第三(sān)階段,從20世紀中(zhōng)期到20世紀末期(qī)為發展(zhǎn)階段,發展成為環保(bǎo)大應用階段。
        這(zhè)三個(gè)階段可用活性炭應用曆程(chéng)中兩件曆史性大事(shì)。作為劃分的界限。

曆史大事(shì)件

        靠前件大事使活性炭防毒麵具(jù),在20世紀(jì)20年代在靠前次世界大(dà)戰(zhàn)中的(de)應用。可以次作(zuò)為劃分活性炭應用曆史的靠前階段和第二階段的界限。
        活性炭在初期主要應用使粉炭在(zài)糖(táng)業中逐步代替了原來的骨炭。在(zài)20世紀20年代的靠前次世(shì)界大戰中出現的顆粒大量應用於防毒麵具。這(zhè)是(shì)工業(yè)化學史輝煌的一頁。當時荷蘭的Norit和捷克斯(sī)洛(luò)伐克、德國=法國(guó)=瑞士等國的製造商和批發商曾成立一個聯合公司,說明在歐(ōu)洲萌芽的活性炭也是廣為看好的新興產業

中國活性炭在應用曆史

        我國活性炭在應用曆史簡分(fèn)為三個階段(duàn)。
        靠前階段使20世紀40年代以前,我國製藥工業、化學工業中使(shǐ)用活性(xìng)炭量大,都用(yòng)進口貨,例如(rú)用Carboraffin牌的活(huó)性炭。
        第二階(jiē)段自20世紀50年代初開始,國產活性炭上市。1951年沈陽和撫順的單管爐(lú)廠、青島的反射爐悶燒法廠、上好的電熱活(huó)化法廠,接著有氯化鋅活化法廠,1958年福建、杭州、廣州、煙台、東北等(děng)地紛(fēn)紛建廠,1966年太原開創斯列普活化法廠,隨(suí)後我國陸(lù)續開設數以百(bǎi)計的斯列普爐廠。此外,還有不少的轉爐、粑式爐等工廠。總生產能力從1951年的三五十噸猛增到20世紀80年代的近十萬噸。
        生產與應用相互(hù)促進,活性炭的應用範圍被迅速開拓。從原來單一的通用炭向多種的專用炭發展,例如淨水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黃金炭、載(zǎi)體炭、藥用炭、針劑炭、試劑炭等(děng)等,足(zú)見活性炭因國內經濟蒸蒸日上而應用(yòng)量速增,又(yòu)因產(chǎn)量擴大、成本降低而(ér)使出口量上升。我國活(huó)性炭的應用,不僅在國內市場發展,而且進入了國際市場。

吸附法


        活性炭(tàn)是一(yī)種很細小的炭粒 有很大的表麵積,而且炭(tàn)粒中還有更(gèng)細小的孔——毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力,由於炭粒的表麵積很大,所以能與氣體(雜質)充分接觸。當這些氣體(雜質)碰到毛細管(guǎn)被吸附,起淨化作用。活(huó)性炭的表麵積研究是非常重要的,活性炭的比(bǐ)表麵積檢測數據隻有(yǒu)采用BET方法檢測出來的結果(guǒ)才是真(zhēn)實(shí)可靠的,國內外比表麵積測試統(tǒng)一采用多點BET法,國內外(wài)製定出來的比表麵積測定標準都是以BET測試方法為基礎的,請參看我國標準(zhǔn)(GB/T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測(cè)定固態物(wù)質比表(biǎo)麵積的方法。比表麵積檢測其實是比較耗費時間的(de)工作,由於樣品吸附能力的不同,有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間,如果測試過程沒有實現(xiàn)完全自動化,那測試人員就時刻都不能離開,並且要高(gāo)度集中,觀察儀表盤,操控旋(xuán)鈕,稍不留神就會導致測試過(guò)程的(de)失敗,這會(huì)浪費測(cè)試(shì)人員很多的(de)寶貴時間。F-Sorb 2400比表麵積(jī)測試儀是真正能夠實現(xiàn)BET法檢測功能(néng)的儀器(兼備直接對(duì)比法),更重要的F-Sorb 2400比(bǐ)表(biǎo)麵積測試儀是迄今為止國內完全自動化智能化的比表麵積(jī)檢測設備,其測(cè)試結果與國際一致性很高,穩定性也很好,同時減少人(rén)為誤差,提高測試結果準確性。

影響因素:


①活性炭吸附劑的性質
        活性炭的比表麵積越大,吸附能力(lì)就越強; 活(huó)性炭是非極性分子,易於吸附非(fēi)極性或極性很低的吸附質;活性炭吸附劑顆(kē)粒的大小,細(xì)孔的構造和分布情況以及表(biǎo)麵化(huà)學性質(zhì)等對吸附也有很大的影響。
②吸附質的性質
        取決於其溶解度、表麵自由能、極性、吸附質分子的大小和不飽和(hé)度、附(fù)質的濃度等
③廢水PH值
        活性炭(tàn)一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率(lǜ)。
        PH值會對吸附質在水中存在的狀態及溶解度等產生影響,從而影響(xiǎng)吸附效果(guǒ)。
④共存物(wù)質
        共存多種吸附(fù)質時(shí),活性(xìng)炭對某種吸附質的吸附能力比隻含該種吸附質時的吸附能力差
⑤溫度
        溫度對活性炭的吸附影響較小
⑥接觸(chù)時(shí)間
        應保證活性炭與吸附質有一定的接觸時間,使吸附接(jiē)近平衡,充分利用吸附能力。
活性炭化學性
        活性炭的吸附除了物理吸附,還有化學吸附。活性炭的吸附性既取決於孔隙結構,又取決於化學組(zǔ)成。



    評價指標

如何客觀(guān)地評價活性炭的優劣?根據活性炭處理對象和應用於不同的工藝情(qíng)況,確定是選(xuǎn)用煤質活(huó)性炭還是木質活性炭,是選用顆(kē)粒活性炭

        還是粉(fěn)末活性炭,並收集(jí)活性炭基(jī)本資料,如碘值(zhí)、亞甲(jiǎ)藍(lán)、強度、孔隙率、漂浮率、灰分(fèn)、粒度、水分、堆重等。除了(le)《淨水用煤質顆粒活性(xìng)炭(tàn)》GB/T7701.4-1997標(biāo)準的(de)部分指標值,此外(wài)還應收集企業的經營狀況,如年產量、年產(chǎn)值、企(qǐ)業(yè)規模、經營管理水平、生產工藝、工程(chéng)業績等,在價格適中的同時考慮貨源充足(zú),來源方便,進行初步評價。
確定(dìng)活(huó)性炭吸附性能及物化性能指標值
        在活性炭評價體係中應納入以下活性炭評價指標:碘值(碘值越(yuè)大,炭(tàn)粒越(yuè)多,強度越低。很(hěn)多研究(jiū)結果表(biǎo)明,碘值與出水水質並沒有必然的聯係)、亞甲藍(lán)吸附值、丹寧酸吸附值、腐(fǔ)殖酸吸附值、強度、有效粒徑、均勻係數、灰分、水分、漂浮物、比表麵積、孔容積、pH值、堆重,以確定活性炭吸附性能和理(lǐ)化性(xìng)能的優劣。

1.活性炭吸附容量

活性炭吸附容量主要是以Freundrich方程作(zuò)為評價依據:在Freundrich吸附等公式中,k值是表征活性炭吸附容量的一個參數,k值越大,吸附容量越大。1/n是吸附容(róng)量指數,反映隨著濃度(dù)的增加,活性炭吸附容量增加的速度,1/n越高則在高濃度時吸附(fù)容量越大,而在低濃度時吸附容量顯著降低,如(rú)果1/n越小則從(cóng)低濃度到高濃度(dù)都比較容易(yì)吸附。活性(xìng)炭用於給水處理,有機物濃度偏(piān)低,因此1/n不宜過大,且當1/n>2的活性炭,物(wù)質則難於被(bèi)吸附。

2.活性(xìng)炭動(dòng)態吸附容量

活性炭動態過濾(lǜ)試驗(yàn)是選擇飲用水用(yòng)活性(xìng)炭的重(chóng)要依(yī)據之(zhī)一。活性炭動態過濾試驗充分結合了當地(dì)原水水質特征,進行活性炭對有機物去除效果比較,是較為(wéi)科學的一種方(fāng)式。我們可以(yǐ)根據活性炭過濾吸附試驗計算出單位質量活性炭的動態吸(xī)附容量、活(huó)性炭處理水量倍數、活性炭穿透時間、水頭損失、反衝頻率等。

3.綜合評價指標

根據活(huó)性炭動態過(guò)濾試驗結果(guǒ)與(yǔ)不同活性炭性能指標的相關性,對活性炭不同性(xìng)能指標與對應的(de)相關係數進行加權計(jì)算,並建立綜合評價(jià)指標(biāo)體係,建立自來水(shuǐ)用煤質顆粒活性炭技術通用規範,現行自來(lái)水公司也進行了(le)大量的研究工作。

4.經濟評(píng)價分析

在活性炭評價體係中,還應納(nà)入投資經濟成本、運行費用、活性炭再生得率、活性炭企業的技術實力、經營狀況、管理水平等參數。

吸附(fù)工藝(yì)

 

 
        在油庫,當油罐車裝載汽油的時候,原來空(kōng)油罐裏的油氣和空氣與裝載的液態產品揮發(fā)的油氣相混(hún)合,這種混合氣體被裝載入油罐的產品所代替(tì)。隨著液體注滿空(kōng)的油(yóu)罐車,液體把空氣和油氣從油罐頂部擠出,通過一根油氣軟管進入集汽(qì)管道係統。油氣通過集汽管道係統流入一個汽液分離器。該汽液分離器(qì)能從油氣中(zhōng)分離出液態汽油,還(hái)能用泵抽回油罐。之後完全不(bú)帶液體的(de)油氣流(liú)入(rù)油氣回收係統(tǒng)。

        進入油氣回收係統之(zhī)後,油氣(qì)進入兩個吸附塔(tǎ)中的(de)一個。每個吸附塔都裝滿了特殊的活性炭。空氣(qì)-油氣混合氣體中的碳氫化合物被吸到活(huó)性炭粒子表麵(miàn),並在大氣條件下停留在那裏。混合氣體中的空氣成分不受活性炭的影響,通過活性炭(tàn)之後進入大氣,中間不再摻(chān)雜(zá)碳氫化合物。在吸(xī)附過程中,特殊的活(huó)性炭利用表麵動能(néng)的動力吸引碳氫(qīng)化合物, 油氣回收裝置使用的(de)特殊活(huó)性炭,它有很大的表麵吸收麵積。這麽大(dà)的表(biǎo)麵麵(miàn)積使每公斤(jīn)活性炭可吸(xī)附多達0.5公斤碳氫化合物。
        當(dāng)空(kōng)氣(qì)-碳氫化合物混合氣體通過巨大的吸收表麵之後,碳氫化合物被吸引到活性炭表(biǎo)麵,並停留在這裏直到出現更大的反向力(lì)。這種吸引的(de)現象叫做“吸附”。

活性炭吸附法流(liú)程圖

炭規格



目前(qián)油氣回收的多為木質球炭,粒徑規格為 6-8目或者 20-40目


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