9-1 概述在线视频

同学们好！从这一讲，我们开始学习第9章吸附

在今天第1节概述中，我们首先介绍吸附的定义、吸附的类型、吸附剂的种类，最后介绍吸附的应用

什么是吸附呢？我们先来简单看看一个动画

多孔固体表面物质因表面的分子或原子受力不均衡而产生表面张力，具有表面能

当这种多孔固体物质与原水接触时，就会选择性地使原水中的某些组分附着于固体表面

从水中分离出特定组分的过程，这就是吸附过程

吸附主要用于去除水中的溶解性物质

在吸附操作中，这种具有吸附能力的多孔物质称为吸附剂

而被吸附到固体表面的组分称为吸附质，吸附质附着到吸附剂表面的过程称为吸附

而吸附质从吸附剂表面再脱落到水中的过程称为解吸

这种吸附能力，与固体表面的表面张力有关系

吸附与表面张力的关系可以用Gibbs方程式进行描述

其中，a表示吸附剂表面比溶液主体所超过的浓度，代表了吸附能力

它与表面张力的变化dγ/dC有关系

如果某个溶质能降低溶液的表面张力，即dγ/dC为负值，则a为正值，表明可以产生正吸附

而如果某些溶质能增加溶液的表面张力

即dγ/dC为正值，则a为负值，产生负吸附，也就是说会产生解吸

因此，我们可以用Gibbs方程式从表面张力的变化来解释吸附过程的发生

按照吸附剂表面吸附力的不同，吸附通常可以分为物理吸附、化学吸附以及离子交换吸附三种类型

首先第一种是物理吸附。它是指由吸附质与吸附剂之间的分子引力

即范德华引力，产生的吸附，所以有时候又称为范德华吸附

吸附时表面能降低，所以吸附过程是放热反应

由于是物理吸附，通常吸附热较低；而且吸附相对没有选择性，可以吸附多种吸附质

在吸附剂表面可形成单分子吸附层，或者是多分子吸附层

物理吸附是可逆的，也容易发生解吸

第二种是化学吸附,化学吸附是指吸附质与吸附剂之间由于化学键力的化学作用产生的吸附

所以又称为活性吸附

与物理吸附相比，化学吸附由于发生了化学反应

所以通常吸附热比较大，相当于化学反应热，一般在较高温度下进行

同时，化学吸附具有选择性，因此通常是单分子层吸附

而化学键力比较大时，吸附是不可逆的，难以再生

比如，我们用石灰来吸附空气中的CO2

就会生成碳酸钙，这个过程就是一种化学吸附过程

第三种是离子交换吸附

这种吸附过程是指吸附质的离子由于静电引力聚集到吸附剂表面的带电位点上

产生吸附，并同时置换出带电点上的原有离子

离子交换吸附的能力与离子所带的电荷有关

离子所带电荷越多，吸附就越强

同时对于电荷相同的离子来讲，其水合半径越小，就越容易被吸附

在水处理中，大部分的吸附现象是上述三种吸附作用的综合结果

下面我们介绍吸附剂的种类

在水处理中，活性炭是应用最为广泛的吸附剂。它的制造工艺流程如这个图所示

首先是将煤或木质的原料成型，然后在无氧条件下400℃进行炭化

再在800－900℃下加入水蒸气或二氧化碳气体进行活化,最后我们就得到活性炭产品

活性炭，根据形状又分为颗粒活性炭，简称GAC，和粉末活性炭，简称PAC

活性炭的一个最主要特征是，孔隙比较发达

因此，比表面积比较大，通常在700－1200m2/g。这种孔隙结构，一般分为三类

第一类是微孔，通常孔径小于4nm

这种微孔的内表面积比较大，一般会占到总比表面积的95%以上

第二类是中孔，也称为过渡孔,一般孔径在4－100nm，在总比表面积中占5%以下

第三类是大孔，孔径大于100nm，在活性炭外表面附近

在总比表面中占的比例非常小，一般在1%左右

由以上介绍，我们可以看到，活性炭巨大的比表面积主要是由微孔提供的

此外，活性炭是一种非极性吸附剂，但表面会呈微弱极性

因此，对水中的非极性、弱极性有机物有较好的吸附能力

除活性炭外，在水处理中，还有很多其他类型的吸附剂

如活性氧化铝、沸石、各类的树脂以及各类的人工合成吸附剂

在水处理中针对各种吸附的对象，开发高效的吸附剂的研究是非常活跃的

吸附作为一种简单实用的水处理方法，在水和废水处理中有广泛的应用

在给水处理中，可以在混凝阶段投加粉末炭

作为强化预处理的手段以应对水源季节性水质恶化

或作为水源水突发污染事故的应急处理方案来保证饮用水的供给水质

或者采用颗粒活性炭，放置在传统处理工艺的过滤之后，或者与臭氧氧化联合使用

针对微污染水源的水进行深度处理，以提升饮用水水质，保证安全供水

在废水处理中，通常是在常规处理之后，通过吸附，使废水达到排放标准或进一步开展后续处理

吸附在废水处理中主要用于深度处理，或者废水的再生回用

主要去除废水中传统方法难以去除的色度物质，或者是难生物降解的有机物质，或者是水中的氮磷等物质

从上面的介绍，我们可以看到，吸附在水和废水中有广泛的应用

但在实际应用，吸附剂的吸附能力和吸附效果该如何评价呢？我们将在下一节进行介绍