椰殼活性炭的粒度越小吸附速度越快:
椰殼活性炭的性質(zhì)由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上,所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一,比表面積越大,吸附性能越好。因?yàn)槲竭^(guò)程可看成三個(gè)階段,內(nèi)擴(kuò)散對(duì)吸附速度影響較大,所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。此外椰殼活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷,也影響吸附的效果。用于水處理的椰殼活性炭應(yīng)有三項(xiàng)要求:吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好。椰殼活性炭的吸附容量附其他外界條件外,主要與椰殼活性炭比表面積有關(guān),比表面積大,微孔數(shù)量多,可吸附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān),水處理用的椰殼活性炭,要求過(guò)渡孔(半徑20~1000A)較為發(fā)達(dá),有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散。
椰殼活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水頭損失要增大,一般在8~30目范圍較宜。椰殼活性炭的機(jī)械耐磨強(qiáng)度,直接影響椰殼活性炭的使用壽命。吸附質(zhì)(溶質(zhì)或污染物)的性質(zhì)同一種椰殼活性炭對(duì)于不同污染物的吸附能力有很大差別。椰殼活性炭溶解度:對(duì)同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長(zhǎng)而降低,而吸附容量隨同系物的系列上增大而增加。溶解度越小,越易吸附。如椰殼活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。椰殼活性炭分子構(gòu)造吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附也有較大的影響。因?yàn)槲剿俣仁軆?nèi)擴(kuò)散速度的影響,吸附質(zhì)(溶質(zhì))分子的大小與椰殼活性炭孔徑大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附。芳香族的有機(jī)物較脂肪族的有機(jī)物易于吸附。椰殼活性炭極性:椰殼活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑,對(duì)水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。
椰殼活性炭吸附能力的強(qiáng)弱由什么來(lái)決定?
椰殼活性炭吸附能力的強(qiáng)弱不但取決于它的孔隙結(jié)構(gòu),而且取決于其表面化學(xué)性質(zhì),表面化學(xué)性質(zhì)決定了椰殼活性炭的化學(xué)吸附。表面化學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)椰殼活性炭的酸堿性、吸附選擇性、催化特性及電化學(xué)性質(zhì)等都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此椰殼活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)研究也受到了人們的高度重視。由于碳固體表面原子不飽和性的存在,它們將以化學(xué)形式結(jié)合碳成分以外的原子和原子基團(tuán),形成各種表面功能基團(tuán),因而使椰殼活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性。椰殼活性炭中主要存在的、對(duì)其吸附性能產(chǎn)生有影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。
椰殼活性炭等采用硝的酸、次氯酸和氨對(duì)椰殼活性炭進(jìn)行改性處理。HNO3是最強(qiáng)的氧化劑,可產(chǎn)生大量的酸性表面基團(tuán),而次氯酸的氧化性比較溫和,可調(diào)整椰殼活性炭的表面酸性至適宜值。經(jīng)氧化改性的椰殼活性炭再經(jīng)較低溫度下(200 ℃)的氨處理,可得到具有較強(qiáng)離子交換性能的堿性表面。
凈水椰殼活性炭是如何凈化水的呢?
1.液膜擴(kuò)散過(guò)程
在吸附劑顆粒周圍存在著一層固定的溶劑薄膜,當(dāng)溶液與凈水椰殼活性炭作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),這層溶劑液膜不隨溶液一同移動(dòng),吸附質(zhì)首先通過(guò)這個(gè)液膜才能達(dá)椰殼活性炭的外表面,所以吸附速度與液膜擴(kuò)散速度有關(guān)。液膜擴(kuò)散速度與溶液濃度的一次方成正比,濃度越高,擴(kuò)散速度越快。對(duì)于一定質(zhì)量的凈水椰殼活性炭,外部擴(kuò)散與椰殼活性炭的外表面積(液膜面積)大小的一次方成正比,因外表面積與顆粒直徑的一欠方與反比,所以如果顆粒開(kāi)關(guān)相同,渡膜擴(kuò)散速度與顆粒直徑成反比。液膜擴(kuò)散速度還與活性炭顆粒周圍液體攪動(dòng)的程度有關(guān),增加液體和顆粒之間的相對(duì)速度,可使顆粒表面固定液膜的厚度變薄,加速了液膜擴(kuò)散的速度。
2.凈水椰殼活性炭孔隙內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程
吸附質(zhì)轉(zhuǎn)移到椰殼活性炭的外表面后,只有極少一部分被吸附在外表面,絕大部分繼續(xù)進(jìn)入到椰殼活性炭?jī)?nèi)部的微孔中,這個(gè)過(guò)程稱為微孔內(nèi)擴(kuò)散。微孔內(nèi)擴(kuò)散速度取決于吸附質(zhì)在微孔中的流動(dòng)性,它與椰殼活性炭的構(gòu)造、分布以及吸附質(zhì)分子的大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。微孔擴(kuò)散速度受溶液的濃度、顆粒外表面積的大小影響較小。
3.微孔內(nèi)表面吸附反應(yīng)過(guò)程
吸附質(zhì)被吸附到微孔的內(nèi)表面上。吸附速度與以上三個(gè)過(guò)程進(jìn)行的快慢有關(guān),前兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行得較慢,而第三個(gè)過(guò)程進(jìn)行得較快,因此對(duì)吸附速度影響不大,吸附速度主要取決于顆粒外部或顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度。用椰殼活性炭處理水和廢水時(shí),控制吸附速度的應(yīng)是液膜擴(kuò)散速度和椰殼活性炭微孔內(nèi)擴(kuò)散速度,并且與凈水椰殼活性炭和污染物的性質(zhì)有關(guān)。