Zasada adsorpcji węgla aktywnego

Wprowadzenie węgla aktywnego

Węgiel aktywny jest czarnym proszkiem lub granulowanym materiałem węglowym. Ze względu na nieregularne ułożenie węgla mikrokrystalicznego w strukturze węgla aktywnego, między połączeniami krzyżowymi występują pory, a wady struktury węgla będą generowane podczas aktywacji, więc jest to rodzaj porowatego węgla o niskiej gęstości nasypowej i dużej powierzchni właściwej. Główny materiał filtra.

Produkcja węgla aktywnego

Głównym surowcem węgla aktywnego mogą być prawie wszystkie bogate w węgiel materiały organiczne, takie jak węgiel, drewno, skorupa owoców, skorupa orzecha kokosowego, skorupa moreli, skorupa jujube itp. Te materiały węglowe są przekształcane w węgiel aktywny przez pirolizę w wysokiej temperaturze i pod pewnym ciśnieniem w piecu aktywacyjnym. Podczas tego procesu aktywacji stopniowo powstaje ogromna powierzchnia i złożona struktura porów, a tak zwany proces adsorpcji odbywa się w tych porach i na nich. Wielkość porów w węglu aktywnym ma selektywny wpływ adsorpcji na adsorbat, co jest ponieważ makrocząsteczki nie mogą dostać się do porów węgla aktywnego mniejszych niż jego pory. Węgiel aktywny jest hydrofobowym adsorbentem wykonanym z materiałów na bazie węgla jako surowców, które są karbonizowane i aktywowane w wysokiej temperaturze. Węgiel aktywny zawiera dużą liczbę mikroporów i ma ogromną powierzchnię, która może skutecznie usuwać kolor i zapach oraz może usuwać większość zanieczyszczeń organicznych i niektóre substancje nieorganiczne w ściekach wtórnych, w tym niektóre toksyczne metale ciężkie.

Zasada węgla aktywnego

1) Zasada filtrowania

Filtr z węglem aktywnym jest procesem przechwytywania zanieczyszczeń w stanie zawieszenia w wodzie, a przechwycona zawiesina materia wypełnia luki między węglami aktywnymi. Wielkość porów i porowatość warstwy filtracyjnej wzrasta wraz ze wzrostem wielkości cząstek materiału węgla aktywnego. Oznacza to, że im grubszy rozmiar cząstek węgla aktywnego, tym większa przestrzeń, która może pomieścić zawieszone ciała stałe. Przejawia się to w zwiększonej zdolności filtracji, zwiększonej zdolności zatrzymywania brudu i zwiększonym przechwytywaniu brudu. Jednocześnie, im większe pory warstwy filtracyjnej z węglem aktywnym, tym głębiej zawieszone ciała stałe w wodzie mogą być transportowane do następnej warstwy warstwy filtracyjnej z węglem aktywnym. Pod warunkiem wystarczającej grubości ochrony zawieszone ciała stałe mogą być zatrzymywane bardziej, dzięki czemu środkowa i dolna warstwa filtra są bardziej wydajne. Funkcja przechwytywania jest dobrze wykorzystana, a ilość przechwycenia zanieczyszczeń jednostki wzrasta.

Ściśle mówiąc, zdolność retencji węgla aktywnego dla zawieszonych ciał stałych pochodzi z powierzchni zapewnianej przez węgiel aktywny. Gdy natężenie przepływu jest niskie, zdolność filtracji urządzenia pochodzi głównie z efektu przesiewania węgla aktywnego, a gdy natężenie przepływu jest szybkie, zdolność filtracji pochodzi z efektu adsorpcji na powierzchni cząstek węgla aktywnego. Im silniejsza przyczepność.

2) Zasada adsorpcji

Zgodnie z różnymi siłami między cząsteczkami węgla aktywnego a cząsteczkami zanieczyszczeń podczas procesu adsorpcji, adsorpcję można podzielić na dwie kategorie: adsorpcję fizyczną i adsorpcję chemiczną (znaną również jako aktywna adsorpcja). W procesie adsorpcji, gdy siła między cząsteczkami węgla aktywnego a cząsteczkami zanieczyszczeń jest siłą van der Waalsa (lub przyciąganiem elektrostatycznym), nazywa się to adsorpcją fizyczną; gdy siła między cząsteczkami węgla aktywnego a cząsteczkami zanieczyszczeń jest wiązaniem chemicznym, nazywa się to chemisorpcją. . Siła adsorpcji fizycznej adsorpcji jest głównie związana z fizycznymi właściwościami węgla aktywnego i ma niewiele wspólnego z właściwościami chemicznymi węgla aktywnego. Ponieważ siła van der Waalsa jest słaba, ma niewielki wpływ na strukturę cząsteczek zanieczyszczeń. Siła ta jest taka sama jak siła kohezji międzycząsteczkowej, więc adsorpcję fizyczną można porównać do zjawiska aglomeracji. Właściwości chemiczne zanieczyszczeń pozostają niezmienione po fizycznej adsorpcji.

Ze względu na silne wiązanie chemiczne ma duży wpływ na strukturę cząsteczek zanieczyszczeń, dlatego chemisorpcję można uznać za reakcję chemiczną, która jest wynikiem oddziaływania chemicznego między zanieczyszczeniami a węglem aktywnym. Chemisorpcja zazwyczaj obejmuje dzielenie się parami elektronów lub transfer elektronów, a nie zwykłe perturbacje lub słabą polaryzację, i jest nieodwracalnym procesem reakcji chemicznej. Podstawową różnicą między fizjoskurcją a chemisorpcją jest siła, która tworzy wiązanie adsorpcyjne.

Proces adsorpcji jest procesem, w którym cząsteczki zanieczyszczeń są adsorbowane na stałej powierzchni, a energia swobodna cząsteczek zmniejsza się. Dlatego proces adsorpcji jest procesem egzotermicznym, a uwalniane ciepło nazywa się ciepłem adsorpcyjnym zanieczyszczenia na stałej powierzchni. Ze względu na różne siły adsorpcji fizycznej i chemicznej wykazują pewne różnice w cieple adsorpcji, szybkości adsorpcji, energii aktywacji adsorpcji, temperaturze adsorpcji, selektywności, liczbie warstw adsorpcji i widmie adsorpcji.

Technologia adsorpcji węgla aktywnego jest od wielu lat stosowana w rafinacji i odbarwianiu przemysłu farmaceutycznego, chemicznego i spożywczego w Chinach. Jest używany do oczyszczania ścieków przemysłowych od 1970 roku. Praktyka produkcyjna pokazuje, że węgiel aktywny ma doskonałą adsorpcję do śledzenia zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ma dobry wpływ adsorpcji na ścieki przemysłowe, takie jak drukowanie i barwienie tekstyliów, przemysł chemiczny barwników, przetwórstwo spożywcze i przemysł chemii organicznej. W normalnych warunkach ma wyjątkową zdolność do usuwania związków organicznych reprezentowanych przez kompleksowe wskaźniki, takie jak BZT i ChZT w ściekach, takich jak barwniki syntetyczne, środki powierzchniowo czynne, fenole, benzeny, chloroorganiczne, pestycydy i produkty petrochemiczne. Dlatego adsorpcja węgla aktywnego stopniowo stała się jedną z głównych metod wtórnego lub trzeciorzędnego oczyszczania ścieków przemysłowych.

Adsorpcja jest wolno działającym procesem przyłączania się jednej substancji do powierzchni drugiej. Adsorpcja jest zjawiskiem międzyfazowym, które jest związane ze zmianami napięcia powierzchniowego i energii powierzchniowej. Istnieją dwie zdolności napędowe, które powodują adsorpcję, jedna to odpychanie wody rozpuszczalnikowej do substancji hydrofobowych, a druga to przyciąganie powinowactwa ciał stałych do substancji rozpuszczonych. Większość adsorpcji w oczyszczaniu ścieków jest wynikiem połączonego działania tych dwóch sił. Powierzchnia właściwa i struktura porów węgla aktywnego bezpośrednio wpływają na jego zdolność adsorpcji. Przy wyborze węgla aktywnego należy go określić poprzez eksperymenty zgodnie z jakością ścieków. Do drukowania i barwienia ścieków należy wybrać gatunki węgla z rozwiniętymi porami przejściowymi. Ponadto wpływ ma również zawartość popiołu. Im mniejsza zawartość popiołu, tym lepsza wydajność adsorpcji; im bliżej wielkości cząsteczki adsorbatu do średnicy porów węgla, tym łatwiej jest ją zaadsorbować; stężenie adsorbatu wpływa również na zdolność adsorpcji węgla aktywnego. W pewnym zakresie stężeń zdolność adsorpcji wzrasta wraz ze wzrostem stężenia adsorbatu. Ponadto ważną rolę odgrywa również temperatura wody i pH. Zdolność adsorpcji zmniejszała się wraz ze wzrostem temperatury wody.