(一)與活性碳有關的問題
以木炭、竹炭、各種果殼、優質煤炭為原料,經物理、化學處理,經粉碎、過篩、催化劑活化、漂洗、干燥、篩選等一系列工藝而制成,是一種很好的吸附材料。活性碳是一種既有物理吸附又有化學吸附作用,它能選擇性吸附氣相、液相中的多種成分,從而實現脫色、凈化、消毒、凈化。
活性碳的主要特性是吸附性能。活性碳的晶粒形狀類似于石墨,但其排列不規則,在激活時,其表面形成形狀各異、大小不一的孔洞。根據 IUPAC的分析結果表明:微孔小于1.0納米,中孔為1-25納米,大孔大于25納米。活性碳微孔的孔隙體積通常僅為0.25~0.9 Ml/g,孔隙數為1020個/克,所有的微孔比表面在500-1500平方米/克之間,也有一些稱為3500-5000平方米/克的。這些孔隙,尤其是微孔,具有很大的表面積。
活性碳表面的孔隙占95%以上,其孔隙大小對其吸附能力有很大影響。中孔的孔隙體積通常在0.02-1.0 mL/g之間,其比表面積可達到數百平方千米,既可以使吸附劑通過微孔進入,也可以直接吸收大分子。大孔的孔隙體積通常在0。2~0.5毫升/克之間,比表面積為0.5-2平方米/克,它的功能是迅速地將吸附質分子引入到活性碳的小孔中;二是用作催化劑的載體,在用作催化劑的載體時,僅有少量的催化劑在孔隙中沉淀,大部分在大孔和中孔中沉積。
(二)吸附活性碳的主要影響因子
活性炭的特性、水中污染物的性質、處理工藝的機理、運行參數的選取、運行參數的選取等都是影響活性炭水處理的重要因素。
1.活性碳特性
活性碳在水中的應用應該具備三個條件:大吸附能力,快吸附速度,高機械強度。除了其它因素外,活性碳的吸附量與表面的比表面積有關,具有較大的比表面積和較多的孔隙,能吸附到細孔壁上的吸附物質。吸附速率與顆粒大小和孔隙分布密切相關,而在水處理中,對轉化率(2.0-100 nm)要求較高,這對吸附質在微孔中的擴散是有利的。顆粒尺寸越小,吸附速率越高,但是水頭損失也就越大,通常以8-30目為好。活性碳的力學抗磨性能對其壽命有很大的影響。
2.吸附劑(溶解物或污染物)的特性
同一類型的活性碳對各種污染物的吸附性能差異較大。
(1)溶解性
隨著鏈長的延長,對同族化合物的溶解能力下降,但隨著同系物系列的提高和分子量的增加,吸附能力也隨之提高。溶解度愈低,則愈容易發生吸附,例如:以甲酸、醋酸、丙酸、丁酸為順序,將有機酸在水中的吸附順序遞增。
(2)分子量和化學組成
同時,吸附劑的分子量及化學結構也會對其產生顯著的影響。由于內部擴散速度的影響,吸附劑(溶質)的尺寸與活性炭的孔徑成正比,對吸附效果最好。在同系物質中,大分子比小分子容易被吸附。具有不飽和鍵的有機物具有更好的吸附能力。芳烴類有機物比脂族類有機物更容易被吸附。
(3)極化
活性碳基本上可以看作是一種無極性的吸附劑,它比極性材料在水中的吸附性能更好。
(4)吸收液的濃度
在一定的濃度范圍內,吸附能力隨濃度的增加而增加。因此,吸附質(溶解物)的濃度發生了改變,并且活性碳對這種吸附物(溶解物)的吸附能力也發生了改變。
3.溶液的 pH值
在此基礎上,研究了不同濃度的 PH值對吸附性能的影響。溶液的 pH值決定了酸堿化合物的解離,在一定的 pH值下,這些化合物會被分解,從而影響它們的吸收。此外,溶液的 pH也會對吸附質(溶質)的溶解性產生影響,對膠體材料的吸附性(溶質)也有一定的影響。活性碳可以吸附水中的氫和氧離子,從而對其它離子的吸附產生一定的影響。在 pH大于9的情況下,活性碳對有機物的吸附作用會隨著 pH值的增大而下降,當 pH大于9的時候,對有機物的吸附作用會變得更大。在實踐中,最好采用實驗方法來確定最佳的酸堿度。
4.溶液的溫度
由于在液相上的吸附熱量很低,因此,溶液的溫度對其的影響很小。吸收是一個放熱的過程。隨著吸附量的增加,溫度對吸附量的影響也逐漸增大。另外,溫度會影響到材料的溶解度,從而影響到吸附。采用活性碳對廢水進行處理,溫度對其吸附效果沒有明顯的影響。
5.多組分吸附物的共存
采用吸附技術對水體進行治理,一般采用多種污染物的混合,而非單一污染物。在吸附過程中,可以相互吸收、增強或相互影響。多組分的吸附量通常低于單一組分的吸附量。
6.吸收作用狀態
由于在活性炭的液相吸附過程中,吸附作用受到外部擴散(液膜擴散)的速率的影響,因此,吸附裝置的類型、接觸時間(通水速率)等都會影響到吸附的效果。