活性炭吸附

活性炭是用木材、煤、果殼等含碳物質在高温缺氧條件下活化製成，它具有巨大的比表面積（500-1700m²/g）。水處理過程中使用的活性炭有粉末炭和粒狀炭兩類。粉末炭採用混懸接觸吸附方式，而粒狀炭則採用過濾吸附方式。活性炭吸附法廣泛用於給水處理及廢水二級處理出水的深度處理。其主要優點是處理程度高，效果穩定。缺點是處理費用高昂

活性炭用木屑、果殼、褐煤等含碳物質為原料，經碳化和活化製成。有粉狀（粒徑為10～50微米）和顆粒狀（粒徑為0.4～2.4毫米）兩種。通性是多孔，比表面積大。總表面積達每克500～1000㎡。主要性能參數是吸附容量和吸附速率。吸附容量是單位重量活性炭達到吸附飽和時能吸附的溶質量，和原料、製造過程及再生方法有關。吸附容量越大，所用活性炭量越省。吸附速率是指單位重量活性炭在單位時間內能吸附的溶質量。因吸附有選擇性，性能參數應由實驗測定。顆粒活性炭要有一定的機械強度和粒徑規格。

活性炭在同温同壓下,不同吸附劑對一定分子的吸附能力有所不同。

活性炭不斷吸附水中溶質，直到吸附平衡即溶質濃度不再改變時為止。一定温度下，達到吸附平衡時，單位重量活性炭所吸附的溶質重量和水中溶質濃度的關係曲線，稱為吸附等温線。曲線常用弗羅因德利希公式表示：

X/M=kC1/n

式中X為活性炭吸附的溶質量;M為所加活性炭重量;C為達到吸附平衡時，水中溶質濃度；k和n為試驗得出的常數。

椰維炭是以椰殼為原料，經高温活化、碳化處理，同時負載光觸媒、碳纖維而成的一種新型活性炭。其對有機氣體吸附能力比普通活性炭高5倍至以上，吸附速率更快

椰維炭具有發達的比表面積，豐富的微孔徑。比表面積可達1000-1600m2/g，微孔體積90%左右，其微孔孔徑為10A-40A。具有比表面積大、孔徑適中、分佈均勻、吸附速度快、雜質少等優點 ^[1] 

粉狀活性炭以優質木炭為原料，經特殊生產工藝精製而成，有物理法、化學法兩種。經水蒸氣活化後，精製處理，粉碎而成。本品外觀為黑色粉末狀，在一般溶液下均不溶解。無臭無味，具有表面積大吸附為強、純度高、濾速快、質量穩定，具有絮凝效應和助濾效應等特點。廣泛適用於食品、醫藥、味精化工等產品的脱色、除雜精製。也可以用於水的淨化處理。

1.氣相吸附中常使用顆粒活性炭，通常是讓氣流通過活性炭層進行吸附。根據吸附裝置中活性炭層所處狀態的不同，吸附層有固定層、移動層和流動層幾種。但是，在電冰霜和汽車內的脱臭器之類小型吸附器中，依靠氣體的對流和擴散進行吸附。除了顆粒活性炭以外，活性炭纖維和活性炭成型物也正在氣相吸附中得到日益廣泛的應用。

2.儀器室、空調室、地下室及海底設施中的空氣，由於外界污染或者受密閉環境中人羣活動的影響，常含有體臭、吸煙臭、烹飪臭、油、有機及無機硫化物、腐蝕性成分等，造成精密儀表腐蝕或影響人體健康。可用活性炭進行淨化，除去雜質成分。

3.化工廠、皮革廠、造漆廠以及使用各種有機溶劑的工程排出的氣體中，含有各種有機溶劑、無機及有機硫化物、烴類、氯氣、油、汞及其他對環境有害的成分，可以用活性炭進行吸附以後再排放。原子能設施中排出的氣體中，含有放射性的氪、氙、碘等物質，必須用活性炭將它們吸附乾淨以後再行排放。煤、重油燃燒生成的煙氣中，含有二氧化硫及氮氧化物，它們是污染大氣、形成酸雨的有害成分，也可以用活性炭將它們吸附除去。

4.椰殼活性炭用於精製氣體的用例還很多，例如防毒面具、香煙過濾嘴、冰箱除臭器、汽車尾氣處理裝置等，都是利用活性炭卓越的吸附性能，將氣體中有毒成分、對人體不利的成分或有臭味的成分除去。例如，在香煙過濾嘴中加入100~120mg活性炭以後，就能將煙氣中對人體有害的成分除去很大一部分。

活性炭最早用於去除生活用水的臭味。沼澤水常帶土味，湖泊和水庫水常帶藻類形成的臭味，用活性炭處理最為有效，並且只需在出現臭味時使用。大多用粉狀活性炭，直接投入混凝沉澱池或曝氣池內，隨污泥排除，不再回收利用。活性炭能去除水中產生臭味的物質和有機物，如酚、苯、氯、農藥、洗滌劑、三滷甲烷等。此外，對銀、鎘、鉻酸根、氰、銻、砷、鉍、錫、汞、鉛、鎳等離子也有吸附能力。在給水處理廠中，活性炭吸附法又起完善水質的作用。採用的設備是以粒狀活性炭為濾料的濾池，其構造及工作情況和普通快濾池相似，運行過程中須定期反覆沖洗,以除去炭層中的懸遊物,防止水頭損失過大（見過濾）。活性炭濾牀也可採用流化牀或移動牀。與快濾池不同水流均從下而上。流化牀的流速使炭層膨脹，不易阻塞。移動牀內失效的炭從池底連續排出，新炭從池頂連續補充。

粒狀活性炭吸附容量耗盡後再生，常用的方法是加熱法,廢炭烘乾後在850°C左右的再生爐內焙燒。顆粒活性炭每次再生約損耗5～10%,且吸附容量逐次減少。再生效率對活性炭濾池的運行費用（也就是對水處理成本）影響極大。

為了延長活性炭的再生週期，正在開發生物活性炭法。以臭氧作為有機物改性劑，而活性炭不但起吸附作用，還作為微生物載體，濾牀成為生物牀。原水先加臭氧，使水中難降解有機物轉化為易降解有機物，然後流過活性炭濾池。由於活性炭的特性，生物牀吸附水中有機物的能力特強，而微生物降解有機物的能力起了再生活性炭的作用 ^[1]  。

在兩相界面,一個階段的材料或溶解在溶質像另一階段處理和積累,使兩個相變材料集中攻擊過程稱為吸附過程,吸附能攻擊在液固、氣固的界面,吸附作為一種外觀表示,這裏指的是外觀的練習是一種接口。從活性炭吸附在廢水污染物質是液-固相吸附,在活性炭和水之間的間隔約是一個接口(觸摸表面),在這個界面區域攻擊吸附。一個階段物料濃度降低,和另一個階段物料濃度增加。因此在污水處理,使用固體吸附劑吸附的污水污染物質,然後對淨化處理的意圖。

這裏主要指固體吸附劑，如：活性炭、硅藻土、沸石、離子交換樹脂等。通常固體外表都有吸附效果，因為吸附可當作是一種外表表象，所以與吸附劑的外表特性有親近的聯繫。

1、比外表積 單位分量的吸附劑所具有的外表積稱為比外表積（㎡/g），跟着物質空地的多少而改變。比外表積越大，吸附才能越強，通常比外表積隨物質多孔性的增大而增大。因為孔性活性炭的比外表積可達1000㎡/g以上，因而活性炭在水處置中是一種傑出的吸附劑。

2、外表能 液體或固體物質內部的分子受它周圍分子的引力在各個方向上都是均衡的，通常內層分子之間引力大於外層分子引力，因而，一種物質的外表分子比內部分子具有剩餘的能量，即成為外表能。固體外表因為具有外表能，所以導致外表吸附效果。

3、外表化學性質 在固體外表上的吸附除與其比外表積有關外，還與固體所具有的晶體結構中的化學鍵有關。固體對溶解中電解質離子的選擇性吸附就與這種特性有關。 總歸，固體外表積的鉅細只提供了被吸附物與吸附劑之間的觸摸時機，外表能從能量的視點研討吸附外表進程主動發作的緣由，而吸附劑外表的化學狀況在各種特性吸附中起着重要的效果。

4、關於吸附表象有必要從吸附劑、溶劑、溶質（吸附劑）三者之間的相互效果去研討，在水處置進程中，當吸附劑（如活性炭）加入到水中後，若是吸附質（溶質）有較強的疏水性，而對吸附劑有較大的親合性，則吸附劑（溶質）易被吸附。反之則不易被吸附。即吸附劑（溶質）溶解度的鉅細，影響其被吸附的難易程度。而吸附劑（溶質）分子的極性是影響其溶解度的主要因素。在吸附劑中活性炭的極性較小，對水中極性較差的溶質有較大的親和力，所以易吸附這些溶質，而不易吸附極性強的水和其他極性物質。因而，活性炭是水處置中吸附極性較差的有機污染物的一種傑出的吸附劑 ^[1]  。

活性炭吸附類型據固體外表吸附力的不一樣，吸附可分為物理吸附、化學吸附同離子交流吸附等三種類型：

吸附劑和吸附質（溶質）經過分子力發作的吸附稱為物理吸附。這是最常見的一種吸附表象，它的特點是被吸附物的分子不是附着在吸附劑外表固定點上，而稍能在介面上作自在挪動。因為吸附是分子力導致的，吸附熱較小，物理吸附不需求活化能，在低温條件下即可進行。這種吸附是可逆的，在吸附的一起被吸附的分子由子熱運動還會脱離固體外表，這種表象稱為解吸。物理吸附可構成單分子吸附層或多分子吸附層。因為分子間力是普遍存在的，所以一種吸附劑可吸附多種物質，但因為吸附質（溶質）性質不一樣，吸附的量也有所不一樣。這種吸附表象與吸附劑的外表積、細孔散佈有密切關係。

吸附劑和吸附質（溶質）之間靠化學鍵的效果，發作化學反應，使吸附劑與吸附質（溶質）之間結實的聯絡在一起。因為化學反應需求很多的活化能，通常需求在較高温度下進行，吸附熱較大。化學吸附是一種選擇性吸附，即一種吸附劑只對某種或特定幾種物質有吸附效果。因為化學吸附是靠吸附劑和吸附質直接的化學鍵力進行的，所以化學吸附僅能構成單分於層，吸附是比較穩定的，不易解吸，這種吸附與吸附劑的外表化學性質直接有關，與吸附質的化學性質有關。

一種物質的離子因為靜電引力集聚在吸附劑外表的帶電點上，在吸附過程中，伴隨着等量離子的交流，即每吸附一個吸附質（溶質）的離子。吸附劑一起要放出一個等量的離子，即離子交流。離子的電荷是交流吸附的決定因素。若是吸附質（溶質）的濃度一樣，離子所帶的電荷越多，它在吸附劑外表上的反電荷點上的吸附力越強。關於電荷一樣的離子，水化半徑越小，越能更嚴密地接近於吸附點，有利於吸附。 物理吸附、化學吸贊同離子交流吸附往往一起存在，在活性炭吸附法水處理過程中，使用3種吸附的歸納效果到達去掉污染物的意圖。關於不一樣的吸附物質，3種吸附所起的效果不一樣 ^[1]  。