Adsorpčný princíp aktívneho uhlia

Zavedenie aktívneho uhlia

Aktívne uhlie je čierny prášok alebo materiál z granulovaného uhlíka. Vzhľadom na nepravidelné usporiadanie mikrokryštalického uhlíka v štruktúre aktívneho uhlia existujú póry medzi krížovými spojeniami a počas aktivácie sa vytvoria chyby štruktúry uhlíka, takže je to druh pórovitého uhlíka s nízkou objemovou hustotou a veľkou špecifickou povrchovou plochou. Hlavný materiál filtra.

Výroba aktívneho uhlia

Hlavnou surovinou aktívneho uhlia môžu byť takmer všetky organické materiály bohaté na uhlík, ako je uhlie, drevo, ovocná škrupina, kokosová škrupina, škrupina vlašských orechov, marhuľová škrupina, jujube shell atď. Tieto uhlíkové materiály sa premieňajú na aktívne uhlie pyrolýzou pri vysokej teplote a určitom tlaku v aktivačnej peci. Počas tohto procesu aktivácie sa postupne vytvára obrovská plocha povrchu a komplexná štruktúra pórov a v týchto póroch a na nich sa vykonáva takzvaný adsorpčný proces. Veľkosť pórov v aktívnom uhlí má selektívny adsorpčný účinok na adsorbát, čo je preto, že makromolekúly nemôžu vstúpiť do pórov aktívneho uhlia menšieho ako jeho póry. Aktívne uhlie je hydrofóbny adsorbent vyrobený z materiálov na báze uhlíka ako surovín, ktoré sú karbonizované a aktivované pri vysokej teplote. Aktívne uhlie obsahuje veľké množstvo mikropórov a má obrovskú povrchovú plochu, ktorá môže účinne odstrániť farbu a zápach a môže odstrániť väčšinu organických znečisťujúcich látok a niektoré anorganické látky v sekundárnom výtoku, vrátane niektorých toxických ťažkých kovov.

Princíp aktívneho uhlia

1) Princíp filtrovania

Filter s aktívnym uhlím je proces zachytávania znečisťujúcich látok v zavesenom stave vo vode a zachytená zavesená hmota vypĺňa medzery medzi aktívnymi uhlíkmi. Veľkosť pórov a pórovitosť vrstvy filtra sa zvyšuje so zvýšením veľkosti častíc materiálu aktívneho uhlia. To znamená, že čím hrubšia je veľkosť častíc aktívneho uhlia, tým väčší je priestor, ktorý môže pojať suspendované tuhé látky. Prejavuje sa ako zvýšená filtračná kapacita, zvýšená kapacita na zadržiavanie nečistôt a zvýšené zachytávanie nečistôt. Zároveň, čím väčšie sú póry vrstvy filtra s aktívnym uhlím, tým hlbšie môžu byť zavesené tuhé látky vo vode transportované do ďalšej vrstvy filtračnej vrstvy aktívneho uhlia. Pod podmienkou dostatočnej hrúbky ochrany sa zavesené tuhé látky môžu viac zachovať, čím sa zefektívňujú stredné a dolné vrstvy filtra. Funkcia zachytávania je dobre vykonaná a množstvo zachytenia znečisťujúcich látok jednotky sa zvyšuje.

Presne povedané, retenčná kapacita aktívneho uhlia pre suspendované tuhé látky pochádza z povrchovej plochy poskytovanej aktívnym uhlím. Keď je prietok nízky, filtračná kapacita jednotky pochádza hlavne z skríningového účinku aktívneho uhlia a keď je prietok rýchly, filtračná kapacita pochádza z adsorpčného účinku na povrchu častíc aktívneho uhlia. Čím silnejšia je priľnavosť.

2) Princíp adsorpcie

Podľa rôznych síl medzi molekulami aktívneho uhlia a molekulami znečisťujúcich látok počas adsorpčného procesu možno adsorpciu rozdeliť do dvoch kategórií: fyzikálna adsorpcia a chemická adsorpcia (tiež známa ako aktívna adsorpcia). V adsorpčnom procese, keď sila medzi molekulami aktívneho uhlia a molekulami znečisťujúcich látok je van der Waalsova sila (alebo elektrostatická príťažlivosť), nazýva sa to fyzická adsorpcia; Keď je sila medzi molekulami aktívneho uhlia a molekulami znečisťujúcich látok chemická väzba, nazýva sa chemisorpcia. . Adsorpčná sila fyzickej adsorpcie súvisí hlavne s fyzikálnymi vlastnosťami aktívneho uhlia a má málo spoločného s chemickými vlastnosťami aktívneho uhlia. Pretože van der Waalsova sila je slabá, má malý vplyv na štruktúru molekúl znečisťujúcich látok. Táto sila je rovnaká ako intermolekulárna kohézna sila, takže fyzická adsorpcia môže byť porovnaná s fenoménom aglomerácie. Chemické vlastnosti znečisťujúcich látok zostávajú nezmenené po fyzickej adsorpcii.

Vďaka silnej chemickej väzbe má veľký vplyv na štruktúru molekúl znečisťujúcich látok, takže chemisorpcia môže byť považovaná za chemickú reakciu, ktorá je výsledkom chemickej interakcie medzi znečisťujúcimi látkami a aktívnym uhlím. Chemisorpcia vo všeobecnosti zahŕňa zdieľanie elektrónových párov alebo prenos elektrónov, a nie jednoduchú perturbáciu alebo slabú polarizáciu a je to nezvratný proces chemickej reakcie. Základným rozdielom medzi fyzorpciou a chemisorpciou je sila, ktorá vytvára adsorpčnú väzbu.

Adsorpčný proces je proces, pri ktorom sa molekuly znečisťujúcich látok adsorbujú na pevný povrch a voľná energia molekúl sa zníži. Preto je adsorpčný proces exotermickým procesom a uvoľnené teplo sa nazýva adsorpčné teplo znečisťujúcej látky na pevnom povrchu. Vzhľadom na rôzne sily fyzickej adsorpcie a chemickej adsorpcie vykazujú určité rozdiely v adsorpčnom teple, adsorpčnej rýchlosti, adsorpčnej aktivačnej energii, adsorpčnej teplote, selektívnosti, počte adsorpčných vrstiev a adsorpčnom spektre.

Adsorpčná technológia aktívneho uhlia sa už mnoho rokov používa pri rafinácii a odfarbovaní farmaceutického, chemického a potravinárskeho priemyslu v Číne. Používa sa na priemyselné čistenie odpadových vôd od 70. rokov 20. storočia. Výrobná prax ukazuje, že aktívne uhlie má vynikajúcu adsorpciu na sledovanie organických znečisťujúcich látok vo vode a má dobrý adsorpčný účinok na priemyselné odpadové vody, ako je textilná tlač a farbenie, chemický priemysel farbív, spracovanie potravín a organický chemický priemysel. Za normálnych okolností má jedinečnú schopnosť odstraňovať organické zlúčeniny reprezentované komplexnými ukazovateľmi, ako sú BSK a COD v odpadových vodách, ako sú syntetické farbivá, povrchovo aktívne látky, fenoly, benzény, organochloríny, pesticídy a petrochemické produkty. Adsorpcia aktívneho uhlia sa preto postupne stala jednou z hlavných metód sekundárneho alebo terciárneho čistenia priemyselných odpadových vôd.

Adsorpcia je pomaly pôsobiaci proces jednej látky, ktorá sa viaže na povrch inej látky. Adsorpcia je interfaciálny jav, ktorý súvisí so zmenami povrchového napätia a povrchovej energie. Existujú dve vodičské schopnosti, ktoré spôsobujú adsorpciu, jedna je odpudzovanie solventnej vody na hydrofóbne látky a druhá je príťažlivosť tuhých látok k solutom. Väčšina adsorpcie pri čistení odpadových vôd je výsledkom kombinovaného účinku týchto dvoch síl. Špecifická povrchová plocha a štruktúra pórov aktívneho uhlia priamo ovplyvňujú jeho adsorpčnú kapacitu. Pri výbere aktívneho uhlia by sa mal určiť prostredníctvom experimentov podľa kvality odpadových vôd. Na tlač a farbenie odpadových vôd by sa mali vybrať druhy uhlíka s vyvinutými prechodnými pórmi. Okrem toho má vplyv aj obsah popola. Čím menší je obsah popola, tým lepší je adsorpčný výkon; čím bližšie je veľkosť molekuly adsorbátu k priemeru pórov uhlíka, tým ľahšie sa má adsorbovať; koncentrácia adsorbátu ovplyvňuje aj adsorpčnú kapacitu aktívneho uhlia. V určitom rozsahu koncentrácie sa adsorpčná kapacita zvyšuje so zvýšením koncentrácie adsorbátu. Okrem toho zohráva úlohu aj teplota vody a pH. Adsorpčná kapacita sa znížila so zvýšením teploty vody.