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影响活性炭吸附性能的因素探析

【摘要】:对活性炭性能影响比较大的是分子极性、分子大小及构型。一般说来,活性炭对非极性分子以及中性分子的吸附能力大于对极性分子的吸附能力。

1.活性炭的性质

活性炭本身的性质是影响活性炭吸附性能的最重要因素。这包括以上所列的活性炭的物理、化学以及吸附性质,不再赘述。

2.吸附质的性质

吸附质的性质及活性炭的性质共同决定了活性炭对这种吸附质的吸附性能。对活性炭性能影响比较大的是分子极性、分子大小及构型。过大的分子不可能进入活性炭小孔中。分子的疏水性越强越容易被吸附。分子的疏水性由分子的极性及其大小共同决定,同系物的疏水性随着分子量的增加而增大,因此相同条件下的平衡吸附量随之增加。但是,当分子量增大到一定程度后,平衡吸附量将会由于分子过大难以进入孔隙中而降低。根据相似相溶原理,分子的极性越大越不容易被吸附。由于分子构型造成的极性不同使大多数芳香族化合物在活性炭表面的吸附性能要好于脂肪族化合物。一般说来,活性炭对非极性分子以及中性分子的吸附能力大于对极性分子的吸附能力。一些常见的易吸附和不易吸附的化合物见表4-3。

表4-3 容易吸附和不易吸附的有机物

3.其他因素

活性炭以及吸附质的性质决定着活性炭对吸附质的吸附性能,而其他一些外界因素将会通过影响它们的性质来影响活性炭吸附质的吸附性能,这些外界因素包括溶液的pH、无机离子组成以及含量,还有无机沉淀等。很多有机物质的存在形态受pH影响。例如,当溶液pH大于有机物的pKa值时,有机物的某些基团会产生离解,这将造成有机物性质的改变。例如对苯酚而言,当pH<6时,苯酚很容易被活性炭吸附,而当pH>10时,苯酚大部分电离为离子状态而从活性炭表面上脱附下来。无机物对有机物的吸附也会产生影响,研究结果表明,水中增加了CaCl2后,会由于腐殖酸与钙离子的交联与络合而使腐殖酸的吸附容量增大。而无机盐类,如铁、镁、钙等,在活性炭表面可能形成沉淀,这些沉淀往往会阻碍吸附的进一步发生。

4.活性炭与水处理化学药剂的反应

活性炭是一种具有还原性的物质,因此在水处理过程中,活性炭常常和氧化性的物质,如氧、氯、二氧化氯、高锰酸盐反应。例如,活性炭与水中游离氯的反应可能是:

这些反应有时可以用于去除水中的余氯。例如在反渗透过程中,对游离氯敏感的反渗透膜之前常设活性炭滤柱,在去除有机物的同时保证进入的余氯浓度控制在安全范围之内。