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吸附机理

活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用,以达到净化水质的目的。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。
  吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的,吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。在水处理中,吸附速度决定了吸附剂与污水的接触时间。 [6] 
活性炭发生的主要是物理吸附,大多数是单层分子吸附,其吸附量与被吸附物的浓度服从朗格缪尔单分子层吸附等温方程 :

  式中:
 (覆盖度)—— 一定温度下,吸附分子在固体表面上所占面积占表面总面积的分数;
  
 ——吸附质在气相的分压;
  
 ——吸附与脱附的速度之比;
  
 ——气体在固体表面上的吸附量。



(2)生物再生法
利用生物的新陈代谢,将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解的方法称作生物再生法。活性炭的孔径一般只有几纳米,生物很难进入其孔隙内部,通常生物细胞酶可以流至细胞胞外,通过活性炭对酶的吸附,在炭表面形成酶促中心,分解污染物,达到再生的目的。生物法的投资和运行费用相对较低,但再生时间较长,水质和温度对再生效果的影响很大。同时,生物处理污染物的选择性很强,且一般不能将所有的有机物彻底分解成CO2和H2O,其中间产物仍残留在孔中,多次循环后再生效率会明显降低。
柱状合成材料颗粒活性炭用于气体分离与净化、水体净化、烟气净化、污水处理、环境保护等
 




根据活性炭的外形,通常分为粉状和粒状两大类。粒状活性炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。随着现代工业和科学技术的发展,出现了许多活性炭新品种,如炭分子筛、球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。 [5] 

孔隙结构

活性炭是由石墨晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成,其中石墨晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的晶结构不同于石墨的晶结构,其晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种晶结构称为非石墨晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状晶结构使活性炭具有发达的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径分布表征。活性炭的孔径分布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。



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