竞争吸附现象及其模型解析

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：当溶液中存在两种或两种以上的溶质并用活性炭来吸附时，将会产生非常复杂的竞争吸附现象。常用的两组分竞争吸附模型来自于对Freundlich吸附等温式修正的理想溶液吸附理论。

活性炭对于单一组分溶液中溶质的吸附，可以用Freundlich吸附等温式或者I.angmuir吸附等温式来描述。当溶液中存在两种或两种以上的溶质并用活性炭来吸附时，将会产生非常复杂的竞争吸附现象。

1.两组分竞争吸附模型

研究竞争吸附的目的是探讨多种组分条件下各组分的平衡吸附量情况。多组分竞争吸附中最基本的是两组分竞争吸附，影响两组分竞争吸附的主要因素是初始浓度及平衡浓度，单组分的吸附参数，如Freundlich吸附等温式中的K，1/n。常用的两组分竞争吸附模型来自于对Freundlich吸附等温式修正的理想溶液吸附理论。该模型为如下两个等式：

其中q1和q2分别表示平衡时两种化合物的吸附量，C1·0和C2·0分别表示溶液中两种溶质各自的初始浓度。Ki和ni分别为各自的Freundlich参数，一般由单组分溶液条件下测得。Cc表示活性炭的投加量。这两个方程描述了两种吸附质的初始浓度、平衡吸附量及活性炭投量之间的关系。C1·0、C2·0、Ki、ni以及Ce为已知条件，如果根据式（4-13），式（4-14）求出C1·e和C2·e，以及q1和q2还需要如下两个等式：

其中C1·e和C2·e分别表示各自的平衡浓度。

联立式（4-13）～式（4-16）为方程组，其中有四个未知数，即所需要求得的C1·e、C2·e、q1、q2，其余为已知数，包括C1·0、C2·0、K1、n1、K2、n2、Cc。

2.多组分竞争吸附模型

当溶液中的吸附质组分种类超过两种时，将式（4-13）、式（4-14）扩展得到如下等式：

式中的参数如上所述。

同样的，式（4-17）实际上代表一组方程，其意义和解法类似于两组分的方程组式（4-13）和式（4-14）（还应该包含一组类似于的吸附量与浓度的关系方程），不过方程的个数应该是n个。

3.水中多组分竞争吸附模型的简化处理-EBC模型

在水处理中，因为吸附质不但种类多、而且很难被分别确认，因此多种组分竞争吸附模型作为一种理想模型很难在实际生产中应用。这一问题的解决来自于替代本底有机化合物模型。该模型的思想是把一种主要的目标污染物作为研究对象，而把其他复杂的多种组分作为一种化合物来看待，称为替代本底化合物（Equivalent Background Compound，EBC）。通过替代本底化合物的定义，多组分的竞争吸附可以转化为简单的二组分竞争体系。这样，只需要测定出目标化合物以及本底化合物的吸附参数和初始浓度，就可确定活性炭的吸附情况。其中需要注意的是，本底化合物的K，1/n值往往随着不同化合物组成和不同活性炭的种类而不同。

竞争吸附现象及其模型解析

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