污水處理中吸附分類及介紹
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發布日期：2023-07-26
固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，當某些物質碰撞固體表面時，受到這些不平衡力的吸引而停留在固體表面上，這就是吸附。吸附是分離和純化氣體與液體混合物的重要單元操作之一，在化工、煉油、輕工、食品及環保等領域應用廣泛。
吸附現象與吸附劑：
吸附現象：
當氣體或液體與某些固體接觸時，在固體的表面上，氣體或液體分子會程度不同地變濃變稠，這種固體表面對流體分子的吸著現象稱為吸附，其中的固體物質稱為吸附劑，而被吸附的物質稱為吸附質。
為什么固體具有把氣體或液體分子吸附到自己表面上來的能力呢？這是因為固體表面上的質點亦和液體的表面一樣，處于力場不平衡狀態，表面上具有過剩的能量即表面能。這種不平衡的力場由于吸附質的吸附而得到一定程度的補償，從而降低了表面能（表面自由焙），因此固體表面可以自動地吸附那些能夠降低其表面自由熗的物質。吸附過程所放出的熱量，稱為該物質在此固體表面上的吸附熱。
在水處理中，吸附法主要用于脫除水中的微量污染物，應用范圍包括脫色、除臭味，脫除重金屬、各種可溶性有機物、放射性元素等。在處理流程中，吸附法可作為離子交換、膜分離等方法的預處理，以去除有機物、膠體物及余氯等；也可作為二級處理后的深度處理手段，以保證回用水的質量。
利用吸附法進行水處理，具有適用范圍廣、處理效果好、可回收有用物料、吸附劑可重復使用等優點，但對進水的預處理要求較高，運轉費用較高，系統龐大，操作較麻煩。
吸附的分類：
溶質從水中移向固體顆粒表面，發生吸附，是水、溶質和固體顆粒三者相互作用的結果。引起吸附的主要原因在于溶質對水的疏水特性和溶質對固體顆粒的高度親和力。溶質的溶解程度確定第一種原因的重要因素。溶質的溶解度越大，則向表面運動的可能性越小。相反，溶質的憎水性越大，向吸附界面移動的可能性越大。吸附作用的第二種原因主要是由溶質與吸附劑之間的靜電引力、范德華力或化學鍵力所引起。與此相對應，可將吸附分為三種基本類型。
(1）交換吸附
指溶質（液體）的離子由于靜電引力作用聚集在吸附劑表面的帶電點上，并置換出原先固定在這些帶電點上的其他離子。通常離子交換屬于此范圍。影響交換吸附的重要因素是離子電荷數和水合半徑的大小。
是指溶質（氣體或液體分子）與吸附劑之間由于分子間力（也稱"范德華力"）而產生的吸附，它是一種可逆過程。當固體表面分子與氣體或液體分子間的引力大于氣體或液體內部的分子間力時，氣體或液體分子則吸著在固體表面上。物理吸附的特點是沒有選擇性，吸附質并不固定在吸附劑表面的特定位置上，而多少能在界面范圍內自由移動，因而其吸附的牢固程度不如化學吸附。
(2）物理吸附
從分子運動論的觀點來看，這些吸附于固體表面上的分子由于分子運動，也會從固體表面上脫離而逸人氣體或液體中去，其本身并不發生任何化學變化。當溫度升高時，氣體（或液體）分子的動能增加，分子將不易滯留在固體表面上，而越來越多地逸入氣體（或液體）中去，這就是所謂的脫附。這種吸附﹣脫附的可逆現象在物理吸附中均存在。工業上利用這種現象，通過改變操作條件，使吸附質脫附，達到吸附劑再生并回收吸附物質或分離的目的。
物理吸附主要發生在低溫狀態下，過程的放熱量較少，約42kJ/ mol 或更少，可以是單分子層或多分子層吸附。影響物理吸附的主要因素是吸附劑的比表面積和細孔分布。
(3）化學吸附
是指溶質與吸附劑發生化學反應，形成牢固的吸附化學鍵和表面絡合物，吸附質分子不能在表面自由移動，因此化學吸附結合牢固，再生較困難，必須在高溫下才能脫附，脫附下來的可能還是原吸附質，也可能是新的物質，化學吸附往往是不可逆的，例如：鎳催化劑的吸附氫，被吸附的氣體往往需要在很高的溫度下才能逸出，且所釋出的氣體往往已經發生了化學變化，不再具有原來的性質。
化學吸附的作用力是吸附質與吸附劑分子間的化學結合力。這種化學鍵結合力比物理吸附的分子間力要大得多，其熱效應亦遠大于物理吸附熱，與化學反應的熱效應相近，為84~420kJ/ mol 。
化學吸附的選擇較強，即一種吸附劑只對某種或幾種物質有吸附作用，一般為單分子層吸附。通常需要一定的活化能，在低溫時，吸附速率很小。這種吸附與吸附劑的表面化學性質和吸附質的化學性質有密切的關系。
毒性很強的污染物更安全。物理吸附后再生容易，且能回收吸附質；而化學吸附往往是不可逆的。利用化學吸附處理
物理吸附和化學吸附雖然在本質上有區別，但在實際的吸附過程中往往同時存在，有時難以明確區分。例如，某些物質分子在物理吸附后，其化學鍵被拉長，甚至拉長到改變這個分子的化學性質。物理吸附和化學吸附在一定條件下也可以互相轉化。同一種物質，可能在較低溫度下進行物理吸附，而在較高溫度下經歷的往往是化學吸附，也可能同時發生兩種吸附，如氧氣為木炭所吸附的情況。
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