活性炭的過濾原理以及吸附原理
- 字號(hào) + -
對(duì)于水：當(dāng)水流過活性炭表面時(shí)，雜質(zhì)、污垢、金屬離子和氯、苯、油脂等污染物會(huì)附著在活性炭表面。因此，活性炭除具有過濾水的作用外，還具有脫色作用。在家用凈水器中，有活性炭過濾器，使用一段時(shí)間后，需要更換濾芯，以確保水質(zhì);在工業(yè)生產(chǎn)中，吸附機(jī)制也用于處理工業(yè)廢水或生產(chǎn)中的某些階段。
對(duì)于空氣：當(dāng)空氣流過活性炭表面時(shí)，會(huì)捕集SO2、CO2、H2S...等有害粉塵和氣體，輸出的是氧氣、Ni-to...等不可吸附氣體。這就是活性炭用于空氣凈化器的原因。
活性炭顆粒的大小對(duì)吸附能力也有影響。一般來說，活性碳顆粒越小，過濾面積越大。因此，粉狀活性炭的總面積越大，吸附效果良好，但粉狀活性炭能輕易隨水流入水族箱，難以控制，很少使用。顆?；钚蕴坑捎陬w粒的形成而不易流動(dòng)，水中有機(jī)物等雜質(zhì)在活性炭過濾層中不易堵塞。其吸附能力強(qiáng)，易于攜帶和更換。
活性炭的吸附容量與水溫和水質(zhì)有一定的關(guān)系。水溫越高，活性炭的吸附能力越強(qiáng);如果水溫高于30℃，吸附容量達(dá)到極限，有可能逐漸減少。當(dāng)水質(zhì)為酸性時(shí)，活性炭對(duì)陰離子物質(zhì)的吸附能力相對(duì)減弱;當(dāng)水質(zhì)為堿性時(shí)，活性炭對(duì)陽離子物質(zhì)的吸附能力減弱。因此，水的pH值不穩(wěn)定，這也會(huì)影響活性炭的吸附能力。
活性炭過濾器是將水中懸浮狀況的污染物展開截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的間隙。濾層裂隙尺度以及孔隙率的尺寸，隨活性炭料粒度的加大而加大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其展現(xiàn)為過濾能力提高，納污能力增加，截污量加大。同時(shí)，活性炭濾層裂隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留效用，機(jī)組截污量增加。
從嚴(yán)格的學(xué)說上講，活性炭所有著的對(duì)懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時(shí)，機(jī)組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除功用，而流速快時(shí)，過濾能力來自活性炭微粒表面的吸附效用，在過濾過程中活性炭所提供的微粒表面積越大，對(duì)水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。
根據(jù)吸附過程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分成兩大類：物理吸附和化學(xué)吸附(又稱活性吸附)。在吸附過程中，當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力(或靜電引力)時(shí)稱之為物理吸附; 當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時(shí)稱作化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理特性有關(guān)，與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無關(guān)。由于范德華力較弱，對(duì)污染物分子的構(gòu)造影響很小，這種力與分子間內(nèi)聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時(shí)污染物的化學(xué)性質(zhì)依然保持不變。
由于化學(xué)鍵強(qiáng)，對(duì)污染物分子的構(gòu)造影響較大，故可把化學(xué)吸附看作化學(xué)反應(yīng)，是污染物與活性炭間化學(xué)效用的結(jié)果?；瘜W(xué)吸附一般涵蓋電子對(duì)共享或電子轉(zhuǎn)移，而不是簡(jiǎn)便的微擾或弱極化功用，是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本差別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。
吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會(huì)減低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱叫作該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同，它們?cè)谖綗?、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的歧異。
活性炭吸附技術(shù)在國(guó)內(nèi)用以醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)的精制和脫色已有多年歷史。20世紀(jì)70年代開始用以工業(yè)廢水處置。生產(chǎn)實(shí)踐說明，活性炭對(duì)水中微量有機(jī)污染物有著良好的吸附性，它對(duì)紡織印染、染料化工、食品加工和有機(jī)化工等工業(yè)廢水都有不錯(cuò)的吸附功效。一般狀況下，對(duì)廢水中以BOD、COD等綜合指標(biāo)表示的有機(jī)物，如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機(jī)氯、農(nóng)藥和原油化工產(chǎn)品等，都有奇特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級(jí)或三級(jí)處理的主要方式之一。
吸附是一種物質(zhì)黏附在另一種物質(zhì)表面上的緩慢功用過程。吸附是一種界面現(xiàn)象，其與表面張力、表面能的變化有關(guān)。引起吸附的推動(dòng)能力有兩種，一種是溶劑水對(duì)疏水物質(zhì)的排斥力，另一種是固體對(duì)溶質(zhì)的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數(shù)是這兩種力綜合功用的結(jié)果?；钚蕴康谋缺砻娣e和裂隙構(gòu)造直接影響其吸附能力，在選取活性炭時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)通過試驗(yàn)確定。對(duì)印染廢水宜選項(xiàng)過渡孔繁榮的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好;吸附質(zhì)分子的尺寸與炭裂隙直徑愈相近，愈易于被吸附;吸附質(zhì)濃度對(duì)活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內(nèi)，吸附量是隨吸附質(zhì)濃度的加大而增加的。另外，水平易近人pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。
在化學(xué)中，吸附是當(dāng)氣體或液體被吸引到多孔固體表面或使其在另一種物質(zhì)表面上的濃度增加時(shí)發(fā)生的過程。氣體或蒸氣稱為吸附質(zhì)，用于吸收氣體或蒸氣的多孔固體稱為吸附劑，未被吸附的氣體稱為惰性氣體。
活性炭廣泛應(yīng)用于日常生活中。如冰箱空調(diào)在除味防菌抑菌方面采用了活性炭過濾網(wǎng)。有高科技含量的活性炭過濾網(wǎng)，還能捕捉和控制空氣中的病毒，使室內(nèi)空氣始終保持清新純凈。我們直接飲用的凈水，就是水廠采用了臭氧消毒加活性炭過濾的深度處理工藝，使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家的直接飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)。使用活性炭過濾雜質(zhì)。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目業(yè)主方所提供的資料，廢氣主要有二甲苯等有機(jī)廢氣。通過本設(shè)計(jì)方案中廢氣處理系統(tǒng)的處理后，排放尾氣能達(dá)到中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。