活性炭吸附動力學過程及影響因素

　　70年代以來工業廢水處理廣泛應用吸附分離技術，它是用具有吸附能力的固體吸附劑，使廢水中一種或數種組分被吸附于固體表面。吸附作用發生在固液兩相界面上，吸附過程是流體混合物中一種或數種組分在相界面上濃集的過程。
　　固體吸附劑對溶質的吸附，由于作用不同，產生物理吸附和化學吸附，某些吸附劑能夠與吸附質進行等當量離子交換，稱之為離子交換吸附。
　　(1)物理吸附
　　物理吸附是一種普遍的物質運動形式，它是由于固體表面粒子存在著剩余吸引力引起的。
　　固體表層內部是同種分子，外部是異種分子受力不平衡，產生剩余吸引力—緊縮自己并吸引外面分子的表面。固體表面積越大，吸附能力越強。范得華力作用范圍較大，可以吸附一層或幾層粒子，故物理吸附是多層吸附。
　　(2)化學吸附
　　化學吸附由化學鍵所決定，類似化學反應，具有明顯的選擇性—某種固體表面只能對某些物質有吸附作用。化學吸附是單層吸附，吸附物質與吸附劑表面粒子形成吸附化學鍵，形成表面絡和物或化合物。化學吸附需要溫度較高，要有的活化能，而且吸附速度較慢。

　　(3)離子交換吸附
　　離子交換吸附是離子交換劑離子與廢水中污染物離子進行交換反應的一種的吸附過程，它主要是用離子交換劑吸附廢水中離子化物質，并且進行等當量的離子交換。
　　(二)物理吸附動力學過程
　　吸附動力學過程由表及里一般由連續三個步驟組成。
　　(1)膜擴散吸附劑靠剩余吸引力使吸附質通過表面膜擴散到吸附劑表面。間歇式攪拌有利于膜擴散吸附。
　　(2)孔隙擴散吸附質進入多孔吸附劑的孔隙中，孔壁許多吸附中心點對吸附質進行暫時吸附，延緩了擴散速度，故而吸附質在微孔中擴散是不斷被孔壁吸附同時又不斷回到溶液中的前進過程。
　　(3)內表面吸附由孔隙和毛細管組成的內表面對溶質進行吸附。固體吸附劑吸附溶質的速度變化范圍很大。吸附劑顆粒直徑越細，達到吸附平衡時間越短。無孔吸附劑或多孔吸附劑(如果膜擴散是吸附速率決定因素)，顆粒直徑與吸附速度一次方成反比;如果多孔吸附劑的顆粒內擴散主要控制吸附速度時，溶質擴散入顆粒孔隙間的速度與顆粒較高次方成反比。內表面吸附時，孔隙微細吸附速度慢，但能增加吸附量。吸附操作條件，即吸附劑與水溶液接觸方法，能夠決定哪些步驟是限制速度的關鍵作用，如活性濾池，連續運行濾速正常時，膜擴散可能是限制吸附速度的主要因素。
　　(三)吸附影響因素
　　吸附影響因素較多，吸附劑結構、性質、吸附工藝條件等都會影響吸附
　　(1)吸附劑結構吸附劑比表面積越大，吸附中心越多，吸附量越大，孔容積是多孔結構的標志，吸附量隨孔容增大而增加。孔徑過大，在相同孔隙率條件下，比表面積較小，孔徑過細則不利于吸附分子尺寸較大的物。
　　(2)吸附劑的化學性質吸附劑的化學組成、分子結構都對吸附作用有影響。例如，具有酸性氧化物基團或堿性氧化物基團的活性炭，對堿金屬氫氧化物或酸有很好吸附作用，含硫活性炭則對重金屬吸附能力。一般說來，極性吸附劑易吸附極性分子，非極性吸附劑易吸附非極性分子，雜鏈構成的雜鏈樹脂，具有很好的脫色和生化應用效果。
　　(3)吸附質性質同一吸附劑對不同吸附質吸附效果不一樣，親水性易溶解物質其吸附量必然較低。活性炭吸附廢水中污染物時，物碳原子數越多，吸附量越大，活性炭吸附芳香族化合物比吸附脂肪族化合物好。此外，吸附質電離及電荷特性，特別是結構較簡單的化合物的電荷，對吸附影響較大。
　　(4)吸附操作條件吸附裝置形式、流體流速、溫度、pH值等其他因素都能影響吸附效果。
　　一般認為流體流速過大，兩相充分接觸時間短，減少吸附量。吸附是放熱反應，溫度升高減少吸附而利于解吸。溶液pH值影響吸附質電離狀態，如活性炭吸附廢水污染物，低pH值時，有較多的H+吸附在活性炭表面而中和其負電荷，減少吸附污染物的阻力，故吸附量明顯提高。