Adsorpční princip aktivního uhlí
Apr 02, 2022
Zavedení aktivního uhlí
Aktivní uhlí je černý prášek nebo granulovaný uhlíkový materiál. Vzhledem k nepravidelnému uspořádání mikrokrystalického uhlíku ve struktuře aktivního uhlí existují póry mezi příčnými spoji a během aktivace vzniknou defekty uhlíkové struktury, takže se jedná o druh porézního uhlíku s nízkou objemovou hmotností a velkou specifickou povrchovou plochou. Hlavní materiál filtru.
Výroba aktivního uhlí
Hlavní surovinou aktivního uhlí mohou být téměř všechny organické materiály bohaté na uhlík, jako je uhlí, dřevo, ovocná skořápka, kokosová skořápka, skořápka vlašských ořechů, meruňková skořápka, jujubová skořápka atd. Tyto uhlíkaté materiály se pyrolýzou při vysoké teplotě a určitém tlaku v aktivační peci přeměňují na aktivní uhlí. Během tohoto aktivačního procesu se postupně vytváří obrovská povrchová plocha a složitá struktura pórů a v těchto pórech a na těchto pórech se provádí takzvaný adsorpční proces. Velikost pórů v aktivním uhlí má selektivní adsorpční účinek na adsorbát, což je proto, že makromolekuly nemohou vstoupit do pórů aktivního uhlí menších než jeho póry. Aktivní uhlí je hydrofobní adsorbent vyrobený z materiálů na bázi uhlíku jako surovin, které jsou karbonizovány a aktivovány při vysoké teplotě. Aktivní uhlí obsahuje velké množství mikropórů a má obrovskou povrchovou plochu, která může účinně odstranit barvu a zápach a může odstranit většinu organických znečišťujících látek a některé anorganické látky v sekundárních odpadních vodách, včetně některých toxických těžkých kovů.
Princip aktivního uhlí
1) Princip filtrování
Filtr s aktivním uhlím je proces zachycování znečišťujících látek v suspendovaném stavu ve vodě a zachycená suspendovaná látka vyplňuje mezery mezi aktivním uhlím. Velikost pórů a pórovitost filtrační vrstvy se zvyšují se zvětšováním velikosti částic materiálu aktivního uhlí. To znamená, že čím hrubší je velikost částic aktivního uhlí, tím větší je prostor, který může pojmout nerozpuštěné látky. To se projevuje zvýšenou filtrační kapacitou, zvýšenou kapacitou zadržování nečistot a zvýšeným zachycováním nečistot. Současně platí, že čím větší jsou póry vrstvy filtru s aktivním uhlím, tím hlouběji mohou být nerozpuštěné látky ve vodě transportovány do další vrstvy vrstvy filtru s aktivním uhlím. Pod podmínkou dostatečné tloušťky ochrany mohou být nerozpuštěné látky více zadržovány, což zvyšuje účinnost střední a dolní vrstvy filtru. Funkce zachycení je dobře vyvinuta a množství zachycení znečišťujících látek jednotky se zvyšuje.
Přesně řečeno, retenční kapacita aktivního uhlí pro nerozpuštěné látky pochází z povrchu poskytovaného aktivním uhlím. Když je průtok nízký, filtrační kapacita jednotky pochází hlavně z screeningového efektu aktivního uhlí, a když je průtok rychlý, filtrační kapacita pochází z adsorpčního efektu na povrchu částic aktivního uhlí. Čím silnější je přilnavost.
2) Princip adsorpce
Podle různých sil mezi molekulami aktivního uhlí a molekulami znečišťujících látek během adsorpčního procesu lze adsorpci rozdělit do dvou kategorií: fyzikální adsorpce a chemická adsorpce (také známá jako aktivní adsorpce). V adsorpčním procesu, kdy síla mezi molekulami aktivního uhlí a molekulami znečišťujících látek je van der Waalsova síla (nebo elektrostatická přitažlivost), nazývá se to fyzikální adsorpce; když síla mezi molekulami aktivního uhlí a molekulami znečišťujících látek je chemická vazba, nazývá se to chemisorpce. . Adsorpční síla fyzikální adsorpce souvisí hlavně s fyzikálními vlastnostmi aktivního uhlí a má málo společného s chemickými vlastnostmi aktivního uhlí. Vzhledem k tomu, že van der Waalsova síla je slabá, má malý vliv na strukturu molekul znečišťujících látek. Tato síla je stejná jako mezimolekulární kohezní síla, takže fyzikální adsorpci lze přirovnat k aglomeračnímu jevu. Chemické vlastnosti znečišťujících látek zůstávají po fyzikální adsorpci nezměněny.
Díky silné chemické vazbě má velký vliv na strukturu molekul znečišťujících látek, takže chemisorpci lze považovat za chemickou reakci, která je výsledkem chemické interakce mezi znečišťujícími látkami a aktivním uhlím. Chemisorpce obecně zahrnuje sdílení elektronových párů nebo přenos elektronů, spíše než jednoduchou poruchu nebo slabou polarizaci, a je nevratným procesem chemické reakce. Základním rozdílem mezi fysisorpcí a chemisorpcí je síla, která vytváří adsorpční vazbu.
Adsorpční proces je proces, při kterém jsou molekuly znečišťujících látek adsorbovány na pevný povrch a volná energie molekul se sníží. Proto je adsorpční proces exotermickým procesem a uvolněné teplo se nazývá adsorpční teplo znečišťující látky na pevném povrchu. Vzhledem k různým silám fyzikální adsorpce a chemické adsorpce vykazují určité rozdíly v adsorpčním teple, adsorpční rychlosti, aktivační energii adsorpce, teplotě adsorpce, selektivitě, čísle adsorpční vrstvy a adsorpčním spektru.
Technologie adsorpce aktivního uhlí se již mnoho let používá při rafinaci a odbarvování farmaceutického, chemického a potravinářského průmyslu v Číně. Používá se pro čištění průmyslových odpadních vod od roku 1970. Výrobní praxe ukazuje, že aktivní uhlí má vynikající adsorpci pro sledování organických znečišťujících látek ve vodě a má dobrý adsorpční účinek na průmyslové odpadní vody, jako je textilní tisk a barvení, chemický průmysl barviv, zpracování potravin a organický chemický průmysl. Za normálních okolností má jedinečnou schopnost odstraňovat organické sloučeniny reprezentované komplexními ukazateli, jako jsou BSK a CHSK, v odpadních vodách, jako jsou syntetická barviva, povrchově aktivní látky, fenoly, benzeny, organochloriny, pesticidy a petrochemické produkty. Adsorpce aktivního uhlí se proto postupně stala jednou z hlavních metod sekundárního nebo terciárního čištění průmyslových odpadních vod.
Adsorpce je pomalu působící proces jedné látky, která se váže na povrch druhé. Adsorpce je interfaciální jev, který souvisí se změnami povrchového napětí a povrchové energie. Existují dvě hnací schopnosti, které způsobují adsorpci, jedna je odpuzování rozpouštědlové vody na hydrofobní látky a druhá je afinitní přitažlivost pevných látek k rozpuštěným látkám. Většina adsorpce při čištění odpadních vod je výsledkem kombinovaného účinku těchto dvou sil. Specifická povrchová plocha a struktura pórů aktivního uhlí přímo ovlivňují jeho adsorpční kapacitu. Při výběru aktivního uhlí by mělo být stanoveno experimenty podle kvality odpadních vod. Pro tisk a barvení odpadních vod by měly být vybrány druhy uhlíku s vyvinutými přechodnými póry. Kromě toho má vliv také obsah popela. Čím menší je obsah popela, tím lepší je adsorpční výkon; čím blíže je velikost molekuly adsorbátu průměru uhlíkových pórů, tím snazší je adsorbovat; koncentrace adsorbátu také ovlivňuje adsorpční kapacitu aktivního uhlí. V určitém koncentračním rozmezí se adsorpční kapacita zvyšuje se zvýšením koncentrace adsorbátu. Kromě toho hraje roli také teplota vody a pH. Adsorpční kapacita se snižovala se zvyšováním teploty vody.
