(一)与活性碳有关的问题
以木炭、竹炭、各种果壳、优质煤炭为原料,经物理、化学处理,经粉碎、过筛、催化剂活化、漂洗、干燥、筛选等一系列工艺而制成,是一种很好的吸附材料。活性碳是一种既有物理吸附又有化学吸附作用,它能选择性吸附气相、液相中的多种成分,从而实现脱色、净化、消毒、净化。
活性碳的主要特性是吸附性能。活性碳的晶粒形状类似于石墨,但其排列不规则,在激活时,其表面形成形状各异、大小不一的孔洞。根据 IUPAC的分析结果表明:微孔小于1.0纳米,中孔为1-25纳米,大孔大于25纳米。活性碳微孔的孔隙体积通常仅为0.25~0.9 Ml/g,孔隙数为1020个/克,所有的微孔比表面在500-1500平方米/克之间,也有一些称为3500-5000平方米/克的。这些孔隙,尤其是微孔,具有很大的表面积。
活性碳表面的孔隙占95%以上,其孔隙大小对其吸附能力有很大影响。中孔的孔隙体积通常在0.02-1.0 mL/g之间,其比表面积可达到数百平方千米,既可以使吸附剂通过微孔进入,也可以直接吸收大分子。大孔的孔隙体积通常在0。2~0.5毫升/克之间,比表面积为0.5-2平方米/克,它的功能是迅速地将吸附质分子引入到活性碳的小孔中;二是用作催化剂的载体,在用作催化剂的载体时,仅有少量的催化剂在孔隙中沉淀,大部分在大孔和中孔中沉积。
(二)吸附活性碳的主要影响因子
活性炭的特性、水中污染物的性质、处理工艺的机理、运行参数的选取、运行参数的选取等都是影响活性炭水处理的重要因素。
1.活性碳特性
活性碳在水中的应用应该具备三个条件:大吸附能力,快吸附速度,高机械强度。除了其它因素外,活性碳的吸附量与表面的比表面积有关,具有较大的比表面积和较多的孔隙,能吸附到细孔壁上的吸附物质。吸附速率与颗粒大小和孔隙分布密切相关,而在水处理中,对转化率(2.0-100 nm)要求较高,这对吸附质在微孔中的扩散是有利的。颗粒尺寸越小,吸附速率越高,但是水头损失也就越大,通常以8-30目为好。活性碳的力学抗磨性能对其寿命有很大的影响。
2.吸附剂(溶解物或污染物)的特性
同一类型的活性碳对各种污染物的吸附性能差异较大。
(1)溶解性
随着链长的延长,对同族化合物的溶解能力下降,但随着同系物系列的提高和分子量的增加,吸附能力也随之提高。溶解度愈低,则愈容易发生吸附,例如:以甲酸、醋酸、丙酸、丁酸为顺序,将有机酸在水中的吸附顺序递增。
(2)分子量和化学组成
同时,吸附剂的分子量及化学结构也会对其产生显著的影响。由于内部扩散速度的影响,吸附剂(溶质)的尺寸与活性炭的孔径成正比,对吸附效果最好。在同系物质中,大分子比小分子容易被吸附。具有不饱和键的有机物具有更好的吸附能力。芳烃类有机物比脂族类有机物更容易被吸附。
(3)极化
活性碳基本上可以看作是一种无极性的吸附剂,它比极性材料在水中的吸附性能更好。
(4)吸收液的浓度
在一定的浓度范围内,吸附能力随浓度的增加而增加。因此,吸附质(溶解物)的浓度发生了改变,并且活性碳对这种吸附物(溶解物)的吸附能力也发生了改变。
3.溶液的 pH值
在此基础上,研究了不同浓度的 PH值对吸附性能的影响。溶液的 pH值决定了酸碱化合物的解离,在一定的 pH值下,这些化合物会被分解,从而影响它们的吸收。此外,溶液的 pH也会对吸附质(溶质)的溶解性产生影响,对胶体材料的吸附性(溶质)也有一定的影响。活性碳可以吸附水中的氢和氧离子,从而对其它离子的吸附产生一定的影响。在 pH大于9的情况下,活性碳对有机物的吸附作用会随着 pH值的增大而下降,当 pH大于9的时候,对有机物的吸附作用会变得更大。在实践中,最好采用实验方法来确定最佳的酸碱度。
4.溶液的温度
由于在液相上的吸附热量很低,因此,溶液的温度对其的影响很小。吸收是一个放热的过程。随着吸附量的增加,温度对吸附量的影响也逐渐增大。另外,温度会影响到材料的溶解度,从而影响到吸附。采用活性碳对废水进行处理,温度对其吸附效果没有明显的影响。
5.多组分吸附物的共存
采用吸附技术对水体进行治理,一般采用多种污染物的混合,而非单一污染物。在吸附过程中,可以相互吸收、增强或相互影响。多组分的吸附量通常低于单一组分的吸附量。
6.吸收作用状态
由于在活性炭的液相吸附过程中,吸附作用受到外部扩散(液膜扩散)的速率的影响,因此,吸附装置的类型、接触时间(通水速率)等都会影响到吸附的效果。