Читайте также:
|
|
Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью.
Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.
Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки.
Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабоконцентрированных сточных вод.
Сорбционные методы эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Адсорбция растворенных веществ – результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента.
Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, соединения, содержащие хлор или нитрогруппы. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, активированные угли различных марок и др.
Адсорбционные свойства активированных углей зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам.
В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа.
Поры по размеру подразделяют на три вида: макропоры размером 0,1–2 мкм, переходные размером 0,004–0,1 мкм и микропоры размером менее 0,004 мкм. Макропоры и переходные поры играют роль транспортирующих каналов, а сорбционная способность активированных углей определяется микропористой структурой. Растворенные органические вещества, имеющие размеры частиц менее 0,001 мкм, заполняют объем микропор сорбента, полная емкость которых соответствует поглощающей способности сорбента.
Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).
Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента, т. е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженнымслоем). В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента.
Статическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества.
Динамическая активность сорбента характеризуется максимальнымколичеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента.
Сорбция – процесс обратимый, т. е. адсорбированное вещество (сорбат) может переходить с сорбента обратно в раствор. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного (десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента. Поэтому в первые моменты сорбции, т. е. при максимальной концентрации вещества в растворе, скорость сорбции также максимальна. По мере повышения концентрации растворенного вещества на поверхности сорбента увеличивается число сорбированных молекул, переходящих обратно в раствор. С момента, когда количество сорбируемых из раствора (в единицу времени) молекул становится равным количеству молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной. Эта концентрация называется равновесной. Если после достижения адсорбционного равновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого раствора, то сорбент сможет извлечь из него еще некоторое количество растворенного вещества. Но нарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования сорбционной емкости (способности) данного сорбента, после чего повышение концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции.
Дозы активированного угля, необходимые для очистки, подбирают экспериментально, так как адсорбционная емкость активированного угля (количество миллиграммов вещества, которое может адсорбировать 1 г угля) зависит от адсорбируемого вещества (адсорбата) и от адсорбента, т. е. от сырья, из которого получен уголь, и метода его активирования, обусловливающих определенную марку такого угля.
Максимальную емкость угля определяют экспериментально. По экспериментальным данным строят графики, откладывая на оси ординат емкость угля (Г, мг/г), а на оси абсцисс – концентрацию адсорбируемого вещества после адсорбции (так называемую равновесную концентрацию Сравн, мг/дм3). На рис. 3.2 показан вид адсорбционной кривой, называемой изотермой адсорбции.
Для построения изотермы адсорбции равные навески угля заливают растворами адсорбируемого вещества (адсорбата) разной концентрации, встряхивают определенное время для установления адсорбционного равновесия, затем уголь отфильтровывают и в фильтратах определяют остаточные концентрации адсорбируемого вещества.
Рис. 3.2 – Изотерма адсорбции Фрейндлиха
Зная исходные и остаточные концентрации адсорбируемого вещества, а также навески угля, применяемые для адсорбции, можно вычислить емкость угля.
Изотерма адсорбции подчиняется уравнению, называемому уравнением Фрейндлиха:
где Г – емкость угля, моль/г;
– равновесная концентрация, моль/дм3;
, – адсорбционные константы (для данного адсорбента
и адсорбата).
Если прологарифмировать уравнение Фрейндлиха, то получается логарифмическое уравнение, представляющее собой уравнение прямой (рис. 3.3):
Рис. 3.3 Изотерма адсорбции в логарифмических координатах
Из данных, представленных на рис. 3.3, можно найти адсорбционные константы:
– – отрезок, отсекаемый на оси ординат;
– – тангенс угла наклона прямой tgφ.
Адсорбционные константы позволяют количественно охарактеризовать весь процесс адсорбции исследуемого вещества.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 31 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |