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活性碳过滤吸附的原理分析

文章出处:pp滤芯作者:PP滤芯厂家发表时间:2013-03-15

  活性炭是以褐煤为主要原料研制出的一种具有吸附剂和催化剂双重性能的粒状物质。活性炭具有活性炭的特点,但同时它又克服了活性炭价格高、机械强度低、易粉碎的缺点。

  活性炭与活性炭中煤质破碎炭主系列品种性能的主要区别在于,活性炭因结构上中孔发达,表现在性能指标上—碘值有所降低,但亚甲蓝值、糖蜜值大为增高,从而在应用上表现出能吸附大分子、长链有机物的特性,而因资源优势的存在,生产成本及生产得率均比煤质活性炭有比较优势,导致生产成本不到活性炭的50%,使活性炭成为高性价比的污水深处理净化材料。

  吸附原理

  根据吸附过程中,活性炭分子和污染物分子之间作用力的不同,可将吸附分为两大类;物理吸附和化学吸附(又称活性吸附)。在吸附过程中,当活性炭分子和污染物分子之间的作用力是范德华力(或静电引力)时称为物理吸附;当活性炭分子和污染物分子之间的作用力是化学键时称为化学吸附。物理吸附的吸附强度主要与活性炭的物理性质有关,与活性炭的化学性质基本无关。由于范德华力较弱,对污染物分子的结构影响不大,这种力与分子间内聚力一样,故可把物理吸附类比为凝聚现象。物理吸附时污染物的化学性质仍然保持不变。

  由于化学键强,对污染物分子的结构影响较大,故可把化学吸附看做化学反应,是污染物与活性炭间化学作用的结果。化学吸附一般包含电子对共享或电子转移,而不是简单的微扰或弱极化作用,是不可逆的化学反应过程。物理吸附和化学吸附的根本区别在于产生吸附键的作用力。

  吸附过程是污染物分子被吸附到固体表面的过程,分子的自由能会降低,因此,吸附过程是放热过程,所放出的热称为该污染物在此固体表面上的吸附热。由于物理吸附和化学吸附的作用力不同,它们在吸附热、吸附速率、吸附活化能、吸附温度、选择性、吸附层数和吸附光谱等方面表现出一定的差异。

  过滤原理

  活性炭过滤器是将水中悬浮状态的污染物进行截留的过程,被截留的悬浮物充塞于活性炭间的空隙。滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小,随活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗,可容纳悬浮物的空间越大。其表现为过滤能力增强,纳污能力增加,截污量增大。同时,活性炭滤层孔隙越大,水中悬浮物越能被更深地输送至下一层活性炭滤层,在有足够保护厚度的条件下,悬浮物可以更多地被截留,使中下层滤层更好地发挥截留作用,机组截污量增加。

  从严格的理论上讲,活性炭所具有的对悬浮物的截留能力来自活性炭所提供的表面积。流速低时,机组的过滤能力主要地来自活性炭的筛除作用,而流速快时,过滤能力来自活性炭颗粒表面的吸附作用,在过滤过程中活性炭所提供的颗粒表面积越大,对水中悬浮物的附着力越强。

  从力学特性讲,活性炭截留悬浮物依靠的是活性炭颗粒间的范德华力、库仑力和表面张力。这些力使悬浮物迁移并被吸附。但同时,过滤水流在活性炭滤层中的流动与活性炭颗粒间的水流剪力则具有使被截留吸附在活性炭颗粒表面的悬浮物剥落的可能,并同时产生附加水头,即产生水头损失。活性炭粒度增大,空隙尺度加大,空隙空间增加,过水通道尺度大,过滤水流阻力减弱,水头损失增量将得以延缓,其结果达到特定终止水头损失的过滤周期得以延长,产水量得到增加。

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