吸附原理
固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附。
物理吸附和化学吸附并非不相容的,而且随着条件的变化可以相伴发生,但在一个系统中,可能某一种吸附是主要的。在污水处理中,多数情况下,往往是几种吸附的综合结果。
一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用的公式有二:弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式,朗格缪尔(Langrnuir)吸附等温式。
1916年,朗格缪尔从动力学的观点出发,提出了固体对气体的吸附理论,称为单分子层吸附理论,该理论的基本假设如下:
(1)固体表面对气体的吸附是单分子层的;
(2)固体表面是均匀的,表面上所有部位的吸附能力相同;
(3)被吸附的气体分子间无相互作用力,吸附或脱附的难易与邻近有无吸附分子无关;
(4)吸附平衡是动态平衡,达到吸附平衡时,吸附和脱附过程速率相同。
以ka和kd分别代表吸附与脱附速率系数,设为固体表面被覆盖的分数,称为表面覆盖度:θ=被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积。
依据吸附模型,吸附速率γa应正比于气体的压力p及空间表面分数(1-θ),脱附速率γd应正比于表面覆盖度θ,即:γa=ka(1-θ);γd=kdθ
γa=γd当吸附达到平衡时,ka(1-θ)p= kdθ
解得: θ= kap /( kd+ kap)
令:b=ka/kd,称为吸附平衡常数,也称为吸附系数。将其代入上式得:θ=bp/(1+bp)
此式称为朗格缪尔吸附等温式。
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