水处理工程吸附学习教案.pptx
《水处理工程吸附学习教案.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水处理工程吸附学习教案.pptx(49页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、会计学1水处理工程水处理工程(gngchng)吸附吸附第一页,共49页。2.2.分类分类分类分类按作用力分三类按作用力分三类按作用力分三类按作用力分三类物理吸附:基于分子引力,分子间作用力,吸附热小物理吸附:基于分子引力,分子间作用力,吸附热小物理吸附:基于分子引力,分子间作用力,吸附热小物理吸附:基于分子引力,分子间作用力,吸附热小特征:吸附时表面能降低,所以是放热反应;吸附比较没有特征:吸附时表面能降低,所以是放热反应;吸附比较没有特征:吸附时表面能降低,所以是放热反应;吸附比较没有特征:吸附时表面能降低,所以是放热反应;吸附比较没有选择性;不发生化学反应,不需要活化能,低温就能进选择性;
2、不发生化学反应,不需要活化能,低温就能进选择性;不发生化学反应,不需要活化能,低温就能进选择性;不发生化学反应,不需要活化能,低温就能进行;吸附质在吸附剂表面自由转移,易解吸。行;吸附质在吸附剂表面自由转移,易解吸。行;吸附质在吸附剂表面自由转移,易解吸。行;吸附质在吸附剂表面自由转移,易解吸。化学吸附:化学键力作用,产生化学吸附:化学键力作用,产生化学吸附:化学键力作用,产生化学吸附:化学键力作用,产生(ch(ch nshng)nshng)化学反应,如化学反应,如化学反应,如化学反应,如石灰吸附石灰吸附石灰吸附石灰吸附CO2CO2,产生,产生,产生,产生(ch(ch nshng)nshng)
3、单分子层吸附,吸附一单分子层吸附,吸附一单分子层吸附,吸附一单分子层吸附,吸附一般不可逆般不可逆般不可逆般不可逆离子交换吸附:溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂离子交换吸附:溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂离子交换吸附:溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂离子交换吸附:溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带表面的带表面的带表面的带 电点上,并置换出原先固定在这些带电点上电点上,并置换出原先固定在这些带电点上电点上,并置换出原先固定在这些带电点上电点上,并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子。的其他离子。的其他离子。的其他离子。实际水处理中,上述三种可能并存,但可能一种占主
4、导实际水处理中,上述三种可能并存,但可能一种占主导实际水处理中,上述三种可能并存,但可能一种占主导实际水处理中,上述三种可能并存,但可能一种占主导二、吸附平衡及吸附等温式二、吸附平衡及吸附等温式二、吸附平衡及吸附等温式二、吸附平衡及吸附等温式1.1.吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附速度解析速度吸附速度解析速度吸附速度解析速度吸附速度解析速度动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡吸附能力吸附能力吸附能力吸附能力qeqe单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。单位吸附剂所吸附的物质的数量为平衡吸附量。计算计算计算计
5、算第2页/共49页第二页,共49页。n n常用吸附等温线有三种类型:常用吸附等温线有三种类型:常用吸附等温线有三种类型:常用吸附等温线有三种类型:n n在温度一定的条件下,如在温度一定的条件下,如在温度一定的条件下,如在温度一定的条件下,如V V、C0C0一定,改变投炭量,则发现一定,改变投炭量,则发现一定,改变投炭量,则发现一定,改变投炭量,则发现(fxin)(fxin)水中剩余的溶质浓度水中剩余的溶质浓度水中剩余的溶质浓度水中剩余的溶质浓度C C及及及及q q也随之改变也随之改变也随之改变也随之改变-说明吸附量与剩余说明吸附量与剩余说明吸附量与剩余说明吸附量与剩余浓度不是线性关系浓度不是线
6、性关系浓度不是线性关系浓度不是线性关系n n2.2.吸附等温式吸附等温式吸附等温式吸附等温式计算及应用计算及应用计算及应用计算及应用n nLangmuirLangmuir等温式等温式等温式等温式n n假设条件:假设条件:假设条件:假设条件:n n吸附剂表面均一,各处的吸附能相同;吸附剂表面均一,各处的吸附能相同;吸附剂表面均一,各处的吸附能相同;吸附剂表面均一,各处的吸附能相同;n n吸附是单分子层,吸附剂表面饱和时,吸附量最大;吸附是单分子层,吸附剂表面饱和时,吸附量最大;吸附是单分子层,吸附剂表面饱和时,吸附量最大;吸附是单分子层,吸附剂表面饱和时,吸附量最大;n n表面上没有吸附质转移运
7、动;表面上没有吸附质转移运动;表面上没有吸附质转移运动;表面上没有吸附质转移运动;n n平衡时吸附速度脱附速度平衡时吸附速度脱附速度平衡时吸附速度脱附速度平衡时吸附速度脱附速度n n平衡吸附量平衡吸附量平衡吸附量平衡吸附量qeqe与液相平衡浓度与液相平衡浓度与液相平衡浓度与液相平衡浓度cece的关系为:的关系为:的关系为:的关系为:n n计算过程:计算过程:计算过程:计算过程:第3页/共49页第三页,共49页。型Ce没有极限值,但qe却有一个极限值,Langmuir型;型Ce有一个极限值Cs,称为饱和(boh)浓度,但qe却没有极限值,BET型;型Ce与对等的qe都没有极限值,Freundli
8、ch型;qeceqeceqececs第4页/共49页第四页,共49页。(a)Langmuir模型变换(binhun)式:据吸附(xf)实验数据,按式作图可求出a、b值。当吸附量很小时,即当bce1时,qea,即平衡吸附量接近于定值,等温线趋于水平。第5页/共49页第五页,共49页。n nBETBET等温式等温式n n多分子吸附多分子吸附n nCSCS吸附质的饱和浓度;吸附质的饱和浓度;B-B-常数,与吸附剂和吸附质常数,与吸附剂和吸附质之间的相互作用能有关。之间的相互作用能有关。n n线性形式线性形式n n实验数据作图,求常数实验数据作图,求常数a a和和B B。n nFreundlichFr
9、eundlich等温式等温式n n经验公式经验公式(gngsh)(gngsh):qe=Kce1/nqe=Kce1/nn n取对数:取对数:n n实验数据作图,出斜率实验数据作图,出斜率1/n1/n,截距等于,截距等于lgKlgK;n n1/n1/n介于介于0.10.10.5,0.5,易于吸附;易于吸附;1/n2 1/n2难以吸附。难以吸附。n n实际应用时用哪一个等温式?实际应用时用哪一个等温式?第6页/共49页第六页,共49页。cs值估计(gj)偏低cs值估计(gj)偏高(b)BET模型(mxng)需要知道饱和浓度CS的值,数据足够可以以此作图即得直线;对CS值进行估计,估值正确才能画出一条
10、直线来平衡浓度很低时,可简化为Langmuir模式。第7页/共49页第七页,共49页。(c)Freundilich模型Freundilich在一般范围内与Langmuir式接近,但在高浓度时不像后者那样趋于定值;在低浓度时,也不会(b hu)还原为直线。第8页/共49页第八页,共49页。对于一组吸附实验数据,究竟采用哪一公式(gngsh)整理,并 求出相应的常数来,只能运用数学的方式来选择。通过作图,选用画出最好的直线的哪一个公式(gngsh)。都能应用的情况,选用最简单的公式(gngsh)。第9页/共49页第九页,共49页。n n多组分体系的吸附等温式多组分体系的吸附等温式n n用用CODC
11、OD或或TOCTOC综合表示溶解于废水中的有机物浓度,其吸附综合表示溶解于废水中的有机物浓度,其吸附等温式可用单组分吸附等温式表示,但吸附等温式可能成曲线等温式可用单组分吸附等温式表示,但吸附等温式可能成曲线或折线。或折线。n n假定吸附表面均一,混合溶液中的各种溶质在吸附位置上发生假定吸附表面均一,混合溶液中的各种溶质在吸附位置上发生竞争吸附,被吸附的分子之间的相互作用可忽略不计,用竞争吸附,被吸附的分子之间的相互作用可忽略不计,用LangmuirLangmuir竞争吸附模式来计算;竞争吸附模式来计算;n n三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素(yn s)(yn s)n n 吸附剂本身、吸附
12、质本身、环境条件吸附剂本身、吸附质本身、环境条件n n (一)吸附剂的结构(一)吸附剂的结构n n1.1.比表面积比表面积比表面积越大越好,对大分子可能不利比表面积越大越好,对大分子可能不利n n2.2.孔结构孔结构细孔的分布细孔的分布大、中(过渡)、微孔;大孔通道,大、中(过渡)、微孔;大孔通道,中孔吸附大分子,观察用于水处理并被饱和的活性炭细孔分布中孔吸附大分子,观察用于水处理并被饱和的活性炭细孔分布与新鲜活性炭对比,微孔大量减少,此部分吸附起支配作用。与新鲜活性炭对比,微孔大量减少,此部分吸附起支配作用。水处理工程理论与应用(yngyng)日井出哲夫建筑工业出版社第10页/共49页第十页
13、,共49页。n n3.3.表面化学性质表面化学性质表面氧化物表面氧化物酸、碱两类酸、碱两类n n低温活化低温活化(500)(500)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出出H+H+,吸附碱金属氢氧化物,吸附碱金属氢氧化物n n高温活化(高温活化(800-1000800-1000)的碳生成表面碱性氧化物,水解后可放)的碳生成表面碱性氧化物,水解后可放出出OH-OH-基团,吸附酸性物。基团,吸附酸性物。n n(二二)吸附质的性质吸附质的性质n n溶解度溶解度活性炭是疏水性物质,低活性炭是疏水性物质,低吸附增加吸附增加n n极性极性非极性和极性小的好非极性
14、和极性小的好n n分子量分子量不应太大,不应太大,10001000n n溶质浓度溶质浓度-一般是浓度增加吸附量呈指数增加,也有例外一般是浓度增加吸附量呈指数增加,也有例外n n(三三)操作条件操作条件n n温度温度吸附放热,低温有利吸附放热,低温有利n npH-pH-对吸附率有影响对吸附率有影响(y(y ngxingxi ng)ng)n n接触时间接触时间足够的接触时间,足够的接触时间,0.50.51.0h1.0h第11页/共49页第十一页,共49页。四、吸附四、吸附四、吸附四、吸附(xf)(xf)(xf)(xf)动力学动力学动力学动力学 1 1 1 1水膜内的物质迁移速度水膜内的物质迁移速度
15、水膜内的物质迁移速度水膜内的物质迁移速度 由由由由FickFickFickFick定律,水膜内的传质速度定律,水膜内的传质速度定律,水膜内的传质速度定律,水膜内的传质速度NANANANA由下式结出:由下式结出:由下式结出:由下式结出:(7-12)(7-12)(7-12)(7-12)式中式中式中式中 D D D D溶质在水膜中的扩散系数,溶质在水膜中的扩散系数,溶质在水膜中的扩散系数,溶质在水膜中的扩散系数,m2/Lm2/Lm2/Lm2/L;水水水水膜厚度,膜厚度,膜厚度,膜厚度,m m m m;kf kf kf kf水膜传质系数,水膜传质系数,水膜传质系数,水膜传质系数,m/Lm/Lm/Lm/
16、L;c c c c水中溶质水中溶质水中溶质水中溶质的浓度,的浓度,的浓度,的浓度,kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3;ci ci ci ci颗粒表面的溶质浓度,颗粒表面的溶质浓度,颗粒表面的溶质浓度,颗粒表面的溶质浓度,kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3。固定床填充层单位容积的吸附固定床填充层单位容积的吸附固定床填充层单位容积的吸附固定床填充层单位容积的吸附(xf)(xf)(xf)(xf)速度为速度为速度为速度为 (7-13)(7-13)(7-13)(7-13)式中式中式中式中 b b b b填充层的表现密度,填充层的表现密度,填充层的表现密度,填充层的表现密度,kg/m3kg/m
17、3kg/m3kg/m3;av av av av填充层单位容积的颗粒外表面积,填充层单位容积的颗粒外表面积,填充层单位容积的颗粒外表面积,填充层单位容积的颗粒外表面积,m2/m3m2/m3m2/m3m2/m3。第12页/共49页第十二页,共49页。膜扩散孔扩散吸附活性炭吸附过程(guchng)示意第13页/共49页第十三页,共49页。关于传质系数关于传质系数关于传质系数关于传质系数kfkfkfkf,曾提出了各种实验,曾提出了各种实验,曾提出了各种实验,曾提出了各种实验(shyn)(shyn)(shyn)(shyn)公式,如公式,如公式,如公式,如CarberryCarberryCarberryC
18、arberry公式公式公式公式为为为为 式中式中式中式中 u u u u一空塔水流速度一空塔水流速度一空塔水流速度一空塔水流速度,m/h,m/h,m/h,m/h;填充层的孔隙率;填充层的孔隙率;填充层的孔隙率;填充层的孔隙率;水溶液的动力粘滞系数水溶液的动力粘滞系数水溶液的动力粘滞系数水溶液的动力粘滞系数,kgF/(mh),kgF/(mh),kgF/(mh),kgF/(mh);水溶液密度,水溶液密度,水溶液密度,水溶液密度,kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3;dp dp dp dp吸附剂粒径,吸附剂粒径,吸附剂粒径,吸附剂粒径,m m m m。(7-14)第14页/共49页第十四页,共4
19、9页。2.2.2.2.内孔扩散内孔扩散内孔扩散内孔扩散(kusn)(kusn)(kusn)(kusn)速度速度速度速度 多孔性物质内部的扩散现象极为复杂多孔性物质内部的扩散现象极为复杂多孔性物质内部的扩散现象极为复杂多孔性物质内部的扩散现象极为复杂(fz)(fz)(fz)(fz),受到细孔扩,受到细孔扩,受到细孔扩,受到细孔扩散和细孔壁表面扩散两方面的影响,但类似于分子扩散,均以散和细孔壁表面扩散两方面的影响,但类似于分子扩散,均以散和细孔壁表面扩散两方面的影响,但类似于分子扩散,均以散和细孔壁表面扩散两方面的影响,但类似于分子扩散,均以扩散物质的浓度梯度作为推动力。其中通过细孔内液相向颗粒扩
20、散物质的浓度梯度作为推动力。其中通过细孔内液相向颗粒扩散物质的浓度梯度作为推动力。其中通过细孔内液相向颗粒扩散物质的浓度梯度作为推动力。其中通过细孔内液相向颗粒内部扩散的速度为内部扩散的速度为内部扩散的速度为内部扩散的速度为 (7-15)(7-15)(7-15)(7-15)式中式中式中式中 NP NP NP NP细孔内的扩散速度,细孔内的扩散速度,细孔内的扩散速度,细孔内的扩散速度,kg/(m2.h)kg/(m2.h)kg/(m2.h)kg/(m2.h);DP DP DP DP一细孔内有效扩散系数,一细孔内有效扩散系数,一细孔内有效扩散系数,一细孔内有效扩散系数,m2/hm2/hm2/hm2/
21、h;c-c-c-c-细孔内溶液浓度,细孔内溶液浓度,细孔内溶液浓度,细孔内溶液浓度,kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3;r r r r扩散方向的距离,扩散方向的距离,扩散方向的距离,扩散方向的距离,m m m m。第15页/共49页第十五页,共49页。细孔壁上的表面扩散以吸附细孔壁上的表面扩散以吸附(xf)(xf)量梯度为推动力,沿表面从量梯度为推动力,沿表面从吸附吸附(xf)(xf)量大处向小处作二维移动。表面扩散系数与吸附量大处向小处作二维移动。表面扩散系数与吸附(xf)(xf)质分子的大小、温度、吸附质分子的大小、温度、吸附(xf)(xf)质与吸附质与吸附(xf)(xf)剂之间剂之
22、间的结合能有关。其速度为:的结合能有关。其速度为:(7-16)(7-16)式中式中 Ns Ns一表面扩散系数,一表面扩散系数,kg/(m2h)kg/(m2h);a a一吸附一吸附(xf)(xf)剂的表观密度剂的表观密度,kg/m3,kg/m3;Ds Ds一表面扩散系数,一表面扩散系数,m2/hm2/h。颗粒内总扩散速度为武(颗粒内总扩散速度为武(7-157-15)与()与(7-167-16)之和)之和,即即 (7-17)第16页/共49页第十六页,共49页。假定在细孔内某一位置处表面吸附量与溶液假定在细孔内某一位置处表面吸附量与溶液(rngy)(rngy)浓度之间呈平衡状态,则有浓度之间呈平衡
23、状态,则有 (7-18)(7-18)将上式代入式(将上式代入式(7-177-17)得)得 (7-197-19)式中式中DiDi是以溶液是以溶液(rngy)(rngy)浓度为基准的颗粒内有效扩散系数,浓度为基准的颗粒内有效扩散系数,m2/h.m2/h.在溶质浓度很高,吸附前后浓度变化不大的条件下在溶质浓度很高,吸附前后浓度变化不大的条件下,Boyd,Boyd导出以下近似式估计颗粒内有效扩散系数和吸附速度导出以下近似式估计颗粒内有效扩散系数和吸附速度:(7-20)(7-20)第17页/共49页第十七页,共49页。3 3 3 3吸附吸附吸附吸附(xf)(xf)(xf)(xf)速度的测定速度的测定速度
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水处理 工程 吸附 学习 教案
限制150内