第三章活性炭吸附
ActivatedCarbonAdsorption
3-1原理
3-2运行方式与设备
3-3在水处理中的应用
3-4研究与应用的动向
3-1原理
一、活性炭的性能
含碳材料制成
分为：粒状炭granularactivatedcarbon,GAC粉状炭powderedactivatedcarbon,PAC
生产工艺：
煤、果壳、木屑
成型、破碎
炭化
活化
产品
?孔隙丰富0.6-0.9cm3/g
?巨大的比表面积700-1000m2/g
非极性吸附剂，吸附水中非极性、弱极
性有机物质
物理表面吸附作用，范德华力，
选择性低，可多层吸附，脱附容易
?含有多种官能团
吸附重金属离子
络合螯合作用，选择性高，
单层吸附，脱附困难
?例ZJ15活性炭性能
材质：无烟煤，加入适量粘合剂（水、煤
焦油）
柱状炭（粒状炭的一种）：
d=1.5mm
L=3-4mm
生产工艺：成型、炭化、蒸汽活化
比表面积:900m2/g
堆积重：450-530g/L
真密度：2.2g/cm3
总孔容积：0.8cm3/g
其中大孔（孔径1000?)0.3cm3/g
中孔（40-1000?)0.1cm3/g
微孔（孔径40?)0.4cm3/g主要吸附区
在水处理中的大致吸附容量：
50mg苯酚/g炭(Ce=10mg/L)
0.3gCOD/g炭(Ce=20mg/L)
二、吸附容量与吸附等温线
吸附分类：
液相吸附如水处理本章主要论述对象
气相吸附如工业有机废气处理、防毒面具
1.吸附影响因素
（1）吸附质的化学性状
?极性越强，被吸附性越差
如：苯的被吸附性强
苯酚的被吸附性比苯差
?官能团亲合力大小
（2）吸附质的分子大小
?有效吸附孔
对于液相吸附：
活性炭中起吸附作用的孔直径（D）
吸附质分子直径
=1.7-21
其最佳吸附范围D/d=1.7-6
D=1.7d的孔是活性炭中对该吸附质其作用的最小的孔
D/d=1.7-3时，吸附孔内只能吸附一个吸附质分
子，这个分子四周都受到吸附力，吸附紧密
D/d3以后，随着D/d的不断增加，吸附质分子
趋于单面受力状态，吸附力随之降低
?分子量与分子直径的关系
假设：
球状
六方密堆积方式排列
物质名称
分子量
实测的分子平均直径(?)
计算的分子平均直径(?)
苯
78
5.7
5.7
融菌酶
14600
34(45*30*30)
33
胰凝蛋白酶
25000
39(45*35*38)
39
羧肽酶A
34300
43(450*42*38)
43
血红蛋白
68000
约60
54
分子平均直径与分子量的关系：
d=1.33(M/ρ)1/3=1.33M1/3
式中M--分子量（道尔顿）
d--分子平均直径(?)
ρ--密度（g/cm3)
实测的分子平均直径与计算的分子平均直径比较
分子量
102
103
104
105
106
平均分子直径(?)
6
13
29
62
133
平均分子直径估算：
苯酚M=94,d=6.0?
亚甲蓝M=374,d=9.6?
一般关系：
由于活性炭的主要吸附区是孔径40?的微
孔区，可以推断被活性炭吸附有效去除的物质的分子量1000
实测饮用水处理活性炭主要去除M1000的物质，其最大去除M=500-1000(饮用水水源中M500部分主要为极性物质）
（3）平衡浓度
动平衡
一般液相中平衡浓度越高，固相上吸附容
量液越高
但是对于单层吸附（如化学键合）存在最
大吸附容量
（4）温度影响
吸附是体系总能量下降，属放热过程
温度升高，吸附容量下降
对气相吸附影响较大，需在等温条件下测定
对液相吸附影响较小，通常在室温下测定
2.吸附容量确定
烧杯试验
对实际废水，加入不同炭量
对配水，可用相同初始浓度，不同炭量
待吸附平衡后，测定平衡浓度，计算吸
液体容积V
加炭量m
附容量
所需平衡时间确定：
做浓度时间曲线，得到所需平衡时间，并
留有适当余量，作为吸附容量测定时间（一般1h)
为加速吸附过程，粒状炭先研磨成粉状炭，过325目筛（孔径40微米）
（思考题：粒状炭磨成粉状炭后比表面积增加多少，是否会影响吸附容量测定结果？）
吸附容量计算
x/m=V(Co-Ce)
m
式中：x/m--吸附容量（mg/g炭)
V--液体体积（L）
Co--初始浓度(mg/L)
Ce--平衡浓度(mg/L)m--加炭量（m)
x/m=b(x/m)oCe
式中：
(x/m)o--最大吸附容量b--系数
?吸附等温线形式
?表达式
3.吸附等温线表达公式
（1）Langmiur