Nguyên tắc hấp phụ của than hoạt tính
Apr 02, 2022
Giới thiệu than hoạt tính
Than hoạt tính là một vật liệu carbon dạng bột hoặc dạng hạt màu đen. Do sự sắp xếp không đều của cacbon vi tinh thể trong cấu trúc của than hoạt tính, có các lỗ rỗng giữa các kết nối - chéo và các khuyết tật cấu trúc cacbon sẽ được tạo ra trong quá trình hoạt hóa, vì vậy nó là một loại cacbon xốp với mật độ khối thấp và diện tích bề mặt riêng lớn. Vật liệu chính của bộ lọc.
Sản xuất than hoạt tính
Nguyên liệu chính của than hoạt tính có thể là hầu hết các nguyên liệu hữu cơ giàu - cacbon, chẳng hạn như than đá, gỗ, vỏ trái cây, vỏ dừa, vỏ quả óc chó, vỏ mơ, vỏ táo tàu, v.v. Những vật liệu cacbon này được chuyển đổi thành than hoạt tính bằng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ cao và áp suất nhất định trong lò hoạt hóa. Trong quá trình kích hoạt này, một diện tích bề mặt khổng lồ và cấu trúc lỗ xốp phức tạp dần dần được hình thành, và quá trình - được gọi là quá trình hấp phụ được thực hiện trong và trên các lỗ này. Kích thước của các lỗ xốp trong than hoạt tính có tác dụng hấp phụ chọn lọc chất hấp phụ, đó là Do các đại phân tử không thể đi vào các lỗ xốp của than hoạt tính nhỏ hơn lỗ xốp của nó. Than hoạt tính là chất hấp phụ kỵ nước được làm từ vật liệu gốc cacbon - làm nguyên liệu thô, được cacbon hóa và hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Than hoạt tính chứa một số lượng lớn các vi hạt và có diện tích bề mặt rất lớn, có thể khử màu và mùi hiệu quả, đồng thời có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ và một số chất vô cơ trong nước thải thứ cấp, kể cả một số kim loại nặng độc hại.
Nguyên lý của than hoạt tính
1) Nguyên tắc lọc
Lọc than hoạt tính là một quá trình chặn các chất ô nhiễm ở trạng thái lơ lửng trong nước, các chất lơ lửng được chặn lại sẽ lấp đầy các khoảng trống giữa các cacbon hoạt tính. Kích thước lỗ xốp và độ xốp của lớp lọc tăng lên khi kích thước hạt vật liệu than hoạt tính tăng lên. Tức là, kích thước hạt của than hoạt tính càng thô thì không gian có thể chứa chất rắn lơ lửng càng lớn. Nó được biểu hiện bằng khả năng lọc nâng cao, tăng khả năng giữ bụi bẩn và tăng khả năng ngăn chặn chất bẩn. Đồng thời, các lỗ xốp của lớp lọc than hoạt tính càng lớn thì các chất rắn lơ lửng trong nước càng được vận chuyển sâu đến các lớp lọc tiếp theo của lớp than hoạt tính. Trong điều kiện đủ độ dày lớp bảo vệ, các chất rắn lơ lửng có thể được giữ lại nhiều hơn, làm cho lớp lọc giữa và dưới hoạt động hiệu quả hơn. Chức năng đánh chặn được thực hiện tốt, và lượng ngăn chặn chất ô nhiễm của thiết bị tăng lên.
Nói một cách chính xác, khả năng lưu giữ của than hoạt tính đối với chất rắn lơ lửng đến từ diện tích bề mặt được cung cấp bởi than hoạt tính. Khi tốc độ dòng chảy thấp, công suất lọc của thiết bị chủ yếu đến từ hiệu ứng sàng lọc của than hoạt tính, và khi tốc độ dòng chảy nhanh, công suất lọc đến từ hiệu ứng hấp phụ trên bề mặt của các hạt than hoạt tính. Độ bám dính càng mạnh.
2) Nguyên tắc hấp phụ
Theo các lực khác nhau giữa các phân tử than hoạt tính và các phân tử chất ô nhiễm trong quá trình hấp phụ, sự hấp phụ có thể được chia thành hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học (còn gọi là hấp phụ tích cực). Trong quá trình hấp phụ, khi lực giữa các phân tử than hoạt tính và các phân tử chất ô nhiễm là lực van der Waals (hay lực hút tĩnh điện) thì được gọi là lực hấp phụ vật lý; Khi lực giữa các phân tử than hoạt tính và các phân tử chất ô nhiễm là các liên kết hóa học, nó được gọi là sự hấp thụ hóa học. . Độ bền hấp phụ của hấp phụ vật lý chủ yếu liên quan đến các tính chất vật lý của than hoạt tính, và ít liên quan đến các tính chất hóa học của than hoạt tính. Do lực van der Waals yếu nên ít ảnh hưởng đến cấu trúc của các phân tử chất ô nhiễm. Lực này giống như lực liên kết giữa các phân tử, do đó sự hấp phụ vật lý có thể được so sánh với hiện tượng kết tụ. Các đặc tính hóa học của chất ô nhiễm không thay đổi khi bị hấp phụ vật lý.
Do liên kết hóa học bền chặt, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc của các phân tử chất ô nhiễm, nên sự hấp thụ hóa học có thể coi là một phản ứng hóa học, là kết quả của sự tương tác hóa học giữa chất ô nhiễm và than hoạt tính. Hấp thụ hóa học thường liên quan đến việc chia sẻ cặp điện tử hoặc chuyển điện tử, chứ không phải là nhiễu loạn đơn giản hoặc phân cực yếu, và là một quá trình phản ứng hóa học không thể đảo ngược. Sự khác biệt cơ bản giữa hấp phụ vật lý và hóa học là lực tạo ra liên kết hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là quá trình các phân tử chất ô nhiễm bị hấp phụ lên bề mặt chất rắn, và năng lượng tự do của các phân tử sẽ giảm đi. Do đó, quá trình hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt, và nhiệt lượng tỏa ra được gọi là nhiệt hấp phụ của chất ô nhiễm trên bề mặt chất rắn. Do lực hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học khác nhau, chúng thể hiện sự khác biệt nhất định về nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ, năng lượng hoạt hóa hấp phụ, nhiệt độ hấp phụ, độ chọn lọc, số lớp hấp phụ và phổ hấp phụ.
Công nghệ hấp phụ than hoạt tính đã được sử dụng trong quá trình tinh chế và khử màu của các ngành công nghiệp dược phẩm, hóa chất và thực phẩm từ nhiều năm nay ở Trung Quốc. Nó đã được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp từ những năm 1970. Thực tế sản xuất cho thấy than hoạt tính có khả năng hấp phụ tuyệt vời đối với các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, đồng thời nó có tác dụng hấp phụ tốt đối với nước thải công nghiệp như dệt nhuộm, công nghiệp hóa chất nhuộm, chế biến thực phẩm và công nghiệp hóa chất hữu cơ. Trong các trường hợp bình thường, nó có khả năng độc đáo để loại bỏ các hợp chất hữu cơ được thể hiện bằng các chỉ số toàn diện như BOD và COD trong nước thải, chẳng hạn như thuốc nhuộm tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phenol, benzen, clo hữu cơ, thuốc trừ sâu và các sản phẩm hóa dầu. Vì vậy, than hoạt tính hấp phụ dần trở thành một trong những phương pháp chính để xử lý nước thải công nghiệp thứ cấp hoặc thứ ba.
Hấp phụ là quá trình diễn ra - chậm của một chất gắn vào bề mặt của chất khác. Hấp phụ là một hiện tượng bề mặt liên quan đến sự thay đổi sức căng bề mặt và năng lượng bề mặt. Có hai khả năng dẫn động gây ra sự hấp phụ, một là lực đẩy của nước dung môi đối với các chất kỵ nước, và hai là lực hút của chất rắn với chất tan. Phần lớn sự hấp phụ trong xử lý nước thải là kết quả của tác dụng tổng hợp của hai lực này. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ của nó. Khi lựa chọn than hoạt tính cần xác định thông qua các thí nghiệm theo chất lượng nước thải. Đối với nước thải in và nhuộm, nên chọn các loại cacbon có lỗ xốp chuyển tiếp phát triển. Ngoài ra, hàm lượng tro cũng có ảnh hưởng. Hàm lượng tro càng nhỏ thì hiệu suất hấp phụ càng tốt; kích thước của phân tử chất hấp phụ càng gần với đường kính lỗ cacbon thì càng dễ bị hấp phụ; nồng độ chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính. Trong một khoảng nồng độ nhất định, khả năng hấp phụ tăng khi nồng độ chất hấp phụ tăng. Ngoài ra, nhiệt độ và độ pH của nước cũng đóng một vai trò quan trọng. Khả năng hấp phụ giảm khi nhiệt độ nước tăng lên.
