活性炭處理工業(yè)廢水的原理
活性炭的強吸附性能與它具有巨大的比表面積有關，在炭；罨^程中，晶格間生成的空隙形成了各種形狀和大小的細孔，其孔壁的總面積就是活性炭的總表面積。吸附作用主要發(fā)生在這些細孔的表面上，每克吸附劑具有的總表面積稱為比表面積。但是，活性炭的吸附量除與比表面積有關以外，還與細孔的形狀和分布以及表面的化學性質(zhì)有關，活性炭的比表面積可達500~1700m2/g，活性炭微孔的形狀取決于活化方法和活化條件，有圓筒形、圓錐形、瓶形，平板形、V字型、毛細管形等等。細孔的半徑一般為1~10nrn；钚蕴康目紫犊煞譃榇罂住⑦^度孔和微孔三類，大孔的孔徑為1000~10000nm，表面積只有0.5~2m2/g，占比表面積的比例不足1%，它主要為吸附質(zhì)提供擴散通道，吸附能力較弱;過渡孔半徑為2~100nm，其表面積為1~200 m2/g，占總比表面積的5%以下，它不僅為吸附質(zhì)提供擴散通道，影響擴散速度，而且有利于大分子物質(zhì)的吸附，吸附能力強，過度孔的發(fā)達與否就成為水處理用活性炭的一個重要指標：微孔半徑在2nm以下，其比表面積為700~1400 m2/g，占比表面積的95%以上，對吸附量的影響最大，在吸附中期起主要作用，但對于液相來說，水中的大分子污染物難以進入微孔，因此，其吸附能力一般。
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| 活性炭吸附裝置 |
由于活性炭的原料和制造方法的不同，細孔的分布情況也相差很大，而且再生次數(shù)也會影響細孔的構造，一般來說，吸附量主要受微孔支配，但對于分子量(或分子直徑)較大的吸附質(zhì)，由于分子篩的作用，被吸附質(zhì)難以進入小孔，因此小孔提供的表面積幾乎不起作用，所以在實際應用中，應該根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔隙分布來選擇合適的活性炭。
一般來說，用于水處理的活性炭要求有較發(fā)達的中孔；钚蕴康目障斗植冀o吸附容量以很大影響，原因是存在著分子篩作用，或類似排斥色譜的作用，即具有一定尺寸的吸附質(zhì)分子不能進入比其直徑小的空隙。按照立體效應，活性炭所能吸附的分子直徑大約是孔道直徑的1/2到1/10。也有人認為:活性炭內(nèi)起吸附作用的孔道直徑(D)是吸附質(zhì)分子直徑(d)的1.7至21倍，最佳吸附范圍是D/d=1.7~6；钚蕴渴怯稍S多層狀結構的微晶體不規(guī)則地集合而成，微晶體中的碳原子以共價鍵形式相結合，因此活性炭一般情況下被認是非極性的。但是有些部位，特別是層的邊緣還有許多非結晶部位，這些部位的碳原子由于共價鍵沒有達到飽和，而易于進行化學反應，與氧結合形成一些表面氧化物基團。在400℃左右的低溫活化時，形成梭基(>COOH )等酸性氧化物，這些官能團在水中發(fā)生解離，使活性炭表面具有陰離子特性，極性增強。隨著溫度的升高，這兩種基團越來越少，而堿性氧化物逐漸增加。當溫度達到850℃時，>COOH和-OH這兩種酸性氧化物基團完全消失，而羰基（>C=O）堿性氧化物基團達到最大值。當溫度超過850℃時，堿性氧化物略有減少，而酸性氧化物略有增加。我國活性炭通常在900℃左右下活化，故表面氧化物主要是羰基（>C=O）堿性基團。羰基（>C=O）堿性基團可使活性炭具有微弱的極性，并具有一定的化學和物理化學吸著力。因此，活性炭不僅可以除去水中的非極性吸附質(zhì)，還可吸附極性溶質(zhì)甚至某些微量的金屬離子及其化合物。
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