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活性炭吸附和脫附原理
文章來(lái)源:admin 時(shí)間:2015-10-29 09-37-17

1、依靠自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu) 
活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不見(jiàn)的微孔,1克活性炭材料中微孔,將其展開(kāi)后表面積可高達(dá)800-1500平方米,特殊用途的更高。也就是說(shuō),在一個(gè)米粒大小的活性炭顆粒中,微孔的內(nèi)表面積可能相當(dāng)于一個(gè)客廳面積的大小。正是這些高度發(fā)達(dá),如人體毛細(xì)血管般的孔隙結(jié)構(gòu),使活性炭擁有了優(yōu)良的吸附性能。 、

 

2、分子之間相互吸附的作用力 
也叫“凡德瓦引力”。 雖然分子運(yùn)動(dòng)速度受溫度和材質(zhì)等原因的影響,但它在微環(huán)境下始終是不停運(yùn)動(dòng)的。由于分子之間擁有相互吸引的作用力,當(dāng)一個(gè)分子被活性炭?jī)?nèi)孔捕捉進(jìn)入到活性炭?jī)?nèi)孔隙中后,由于分子之間相互吸引的原因,會(huì)導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引,直到添滿活性炭?jī)?nèi)孔隙為止。 

 

活性炭脫附的幾種方法

 

(1)升溫脫附。物質(zhì)的吸附量是隨溫度的升高而減小的,將吸附劑的溫度升高,可以使已被吸附的組分脫附下來(lái),這種方法也稱為變溫脫附,整個(gè)過(guò)程中的溫度是周期變化的。微波脫附是由升溫脫附改進(jìn)的一種技術(shù),微波脫附技術(shù)已應(yīng)用于氣體分離、干燥和空氣凈化及廢水處理等方面。在實(shí)際工作中,這種方法也是最常用的脫附方法。

 

(2)減壓脫附。物質(zhì)的吸附量是隨壓力的升高而升高的,在較高的壓力下吸附,降低壓力或者抽真空,可以使吸附劑再生,這種方法也稱為變壓吸附。此法常常用于氣體脫附。

 

(3)沖洗脫附。用不被吸附的氣體(液體)沖洗吸附劑,使被吸附的組分脫附下來(lái)。采用這種方法必然產(chǎn)生沖洗劑與被吸附組分混合的問(wèn)題,需要用別的方法將它們分離,因此這種方法存在多次分離的不便性。

 

(4)置換脫附。置換脫附的工作原理是用比被吸附組分的吸附力更強(qiáng)的物質(zhì)將被吸組分置換下來(lái)。其后果是吸附劑上又吸附了置換上去的物質(zhì),必須用別的方法使它們分離。例如,活性炭對(duì)Ca2+、C1-有一定的吸附能力,這些離子占據(jù)了吸附活性中心,可對(duì)活性炭吸附無(wú)機(jī)單質(zhì)或有機(jī)物產(chǎn)生不利影響。因此,用活性炭吸附待分離溶液中的物質(zhì)后,選用CaCl2作為脫附劑可降低活性炭對(duì)吸附質(zhì)的吸附穩(wěn)定性,從而達(dá)到降低脫附活化能的目的。

 

(5)磁化脫附。由于單分子水的性質(zhì)比簇團(tuán)中的水分子活潑得多,能充分顯示它的偶極子特性,從而使水的極性增強(qiáng)。預(yù)磁處理能增大水的極性,這就能充分解釋經(jīng)過(guò)預(yù)磁處理后活性炭的吸附容量減小的現(xiàn)象。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí),分離出的單個(gè)水分子越多,則阻礙作用就越大,從而吸附容量減小得也就越多?;钚蕴勘旧頌榉菢O性物質(zhì),活性炭的表面由于活化作用而具有氧化物質(zhì),且吸附劑是在濕空氣條件下活化而成,它使活性炭的表面氧化物質(zhì)以酸性氧化物占優(yōu)勢(shì),從而使活性炭具有極性,能夠吸附極性較強(qiáng)的物質(zhì)。由于這些帶極性的基團(tuán)易于吸附帶極性的水,從而阻礙了吸附劑在水溶液中吸附非極性物質(zhì)。這種方法常用于溶液中對(duì)吸附質(zhì)的脫附。

 

(6)超聲波脫附。超聲波(場(chǎng))是通過(guò)產(chǎn)生協(xié)同作用來(lái)改變吸附相平衡關(guān)系的,在超聲波(場(chǎng))作用下的吸附體系中添加第三組分后,體系相平衡關(guān)系朝固相吸附量減少方向移動(dòng)的程度大于在常規(guī)條件下的吸附體系。根據(jù)超聲波的作用原理推測(cè),可能是因?yàn)榈谌M分改變了流體相的極性,增加了空化核的表面張力,使得微小氣核受到壓縮而發(fā)生崩潰閉合周期縮短的現(xiàn)象,從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈的超聲空化作用。因此,在用活性炭吸附待分離溶液中的物質(zhì)后,可以用超聲波(場(chǎng))產(chǎn)生協(xié)同作用來(lái)改變吸附相平衡關(guān)系,降低活性炭對(duì)吸附質(zhì)的吸附穩(wěn)定性,從而達(dá)到降低脫附化能的目的。

 

活性炭吸附法脫氮是用活性炭作吸附劑吸附去除尾氣中NOX的技術(shù)?;钚蕴磕芪絅O2,還能促進(jìn)NO氧化成NO2。特定品種的活性炭還可使NOX還原為N2?;钚蕴靠啥ㄆ谟脡A液再生。NOX尾氣中氮含量大有利于吸附;水分的存在亦有利于吸附,濕度大于50%時(shí),這種影響更為顯著?;钚蕴课椒赏瑫r(shí)脫附尾氣中的硫氧化物。在300℃以上活性炭有自燃的可能,給吸附和再生造成困難,限制了它的應(yīng)用。

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