吸附原理
固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)的能力,比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附劑。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。如果吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范德華力)而產(chǎn)生吸附,稱為物理吸附;如果吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用,生成化學(xué)鍵引起吸附,稱為化學(xué)吸附。離子交換實(shí)際上也是一種吸附。
物理吸附和化學(xué)吸附并非不相容的,而且隨著條件的變化可以相伴發(fā)生,但在一個(gè)系統(tǒng)中,可能某一種吸附是主要的。在污水處理中,多數(shù)情況下,往往是幾種吸附的綜合結(jié)果。
一定的吸附劑所吸附物質(zhì)的數(shù)量與此物質(zhì)的性質(zhì)及其濃度和溫度有關(guān)。表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為吸附等溫式。目前常用的公式有二:弗勞德利希(Freundlich)吸附等溫式,朗格繆爾(Langrnuir)吸附等溫式。
1916年,朗格繆爾從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),提出了固體對(duì)氣體的吸附理論,稱為單分子層吸附理論,該理論的基本假設(shè)如下:
(1)固體表面對(duì)氣體的吸附是單分子層的;
(2)固體表面是均勻的,表面上所有部位的吸附能力相同;
(3)被吸附的氣體分子間無相互作用力,吸附或脫附的難易與鄰近有無吸附分子無關(guān);
(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡,達(dá)到吸附平衡時(shí),吸附和脫附過程速率相同。
以ka和kd分別代表吸附與脫附速率系數(shù),設(shè)為固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù),稱為表面覆蓋度:θ=被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積/固體總的表面積。
依據(jù)吸附模型,吸附速率γa應(yīng)正比于氣體的壓力p及空間表面分?jǐn)?shù)(1-θ),脫附速率γd應(yīng)正比于表面覆蓋度θ,即:γa=ka(1-θ);γd=kdθ
γa=γd當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí),ka(1-θ)p= kdθ
解得: θ= kap /( kd+ kap)
令:b=ka/kd,稱為吸附平衡常數(shù),也稱為吸附系數(shù)。將其代入上式得:θ=bp/(1+bp)
此式稱為朗格繆爾吸附等溫式。
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