Il principio di adsorbimento del carbone attivo
Apr 02, 2022
Introduzione del carbone attivo
Il carbone attivo è una polvere nera o un materiale di carbonio granulare. A causa della disposizione irregolare del carbonio microcristallino nella struttura del carbone attivo, ci sono pori tra le{0}}connessioni incrociate e durante l'attivazione verranno generati difetti della struttura del carbonio, quindi è una specie di carbonio poroso con bassa densità apparente e ampia superficie specifica. Il materiale principale del filtro.
Produzione di carbone attivo
La principale materia prima del carbone attivo può essere costituita quasi interamente da materiali organici{0}}ricchi di carbonio, come carbone, legno, gusci di frutta, gusci di cocco, gusci di noci, gusci di albicocche, gusci di giuggiole, ecc. Questi materiali carboniosi vengono convertiti in carbone attivo mediante pirolisi ad alta temperatura e una certa pressione in un forno di attivazione. Durante questo processo di attivazione, si formano gradualmente un'enorme superficie e una complessa struttura dei pori e in e su questi pori viene eseguito il cosiddetto processo di adsorbimento. La dimensione dei pori nel carbone attivo ha un effetto di adsorbimento selettivo sull'adsorbato, che è perché le macromolecole non possono entrare nei pori del carbone attivo più piccoli dei suoi pori. Il carbone attivo è un adsorbente idrofobo costituito da materiali a base di carbonio-come materie prime, che vengono carbonizzati e attivati ad alta temperatura. Il carbone attivo contiene un gran numero di micropori e ha un'enorme superficie, che può rimuovere efficacemente il colore e l'odore e può rimuovere la maggior parte degli inquinanti organici e alcune sostanze inorganiche negli effluenti secondari, inclusi alcuni metalli pesanti tossici.
Il principio del carbone attivo
1) Principio di filtraggio
Il filtro a carboni attivi è un processo di intercettazione degli inquinanti allo stato sospeso nell'acqua e la materia sospesa intercettata riempie gli spazi tra i carboni attivi. La dimensione dei pori e la porosità dello strato filtrante aumentano con l'aumento della dimensione delle particelle del materiale di carbone attivo. Cioè, più grossa è la dimensione delle particelle del carbone attivo, maggiore è lo spazio che può ospitare i solidi sospesi. Si manifesta come una maggiore capacità di filtrazione, una maggiore capacità di trattenere lo sporco e una maggiore intercettazione dello sporco. Allo stesso tempo, più grandi sono i pori dello strato filtrante a carbone attivo, più i solidi sospesi nell'acqua possono essere trasportati in profondità allo strato successivo di strato filtrante a carbone attivo. A condizione di uno spessore di protezione sufficiente, i solidi sospesi possono essere trattenuti maggiormente, rendendo più efficienti gli strati filtranti centrali e inferiori. La funzione di intercettazione è ben esercitata e la quantità di intercettazione di inquinanti dell'unità aumenta.
A rigor di termini, la capacità di ritenzione del carbone attivo per i solidi sospesi deriva dalla superficie fornita dal carbone attivo. Quando la portata è bassa, la capacità di filtrazione dell'unità deriva principalmente dall'effetto schermante del carbone attivo, e quando la portata è veloce, la capacità di filtrazione deriva dall'effetto di adsorbimento sulla superficie delle particelle di carbone attivo. Più forte è l'adesione.
2) Il principio di adsorbimento
A seconda delle diverse forze tra le molecole di carbone attivo e le molecole inquinanti durante il processo di adsorbimento, l'adsorbimento può essere suddiviso in due categorie: adsorbimento fisico e adsorbimento chimico (noto anche come adsorbimento attivo). Nel processo di adsorbimento, quando la forza tra le molecole di carbone attivo e le molecole inquinanti è la forza di van der Waals (o attrazione elettrostatica), si parla di adsorbimento fisico; quando la forza tra le molecole di carbone attivo e le molecole inquinanti è costituita da legami chimici, si parla di chemisorbimento. . La forza di adsorbimento dell'adsorbimento fisico è principalmente correlata alle proprietà fisiche del carbone attivo e ha poco a che fare con le proprietà chimiche del carbone attivo. Poiché la forza di van der Waals è debole, ha scarso effetto sulla struttura delle molecole inquinanti. Questa forza è la stessa della forza di coesione intermolecolare, quindi l'adsorbimento fisico può essere paragonato al fenomeno dell'agglomerazione. Le proprietà chimiche degli inquinanti rimangono invariate dopo l'adsorbimento fisico.
A causa del forte legame chimico, ha una grande influenza sulla struttura delle molecole inquinanti, quindi il chemisorbimento può essere considerato una reazione chimica, che è il risultato dell'interazione chimica tra inquinanti e carbone attivo. Il chemisorbimento generalmente implica la condivisione di coppie di elettroni o il trasferimento di elettroni, piuttosto che una semplice perturbazione o una debole polarizzazione, ed è un processo di reazione chimica irreversibile. La differenza fondamentale tra fisisorbimento e chemisorbimento è la forza che crea il legame di adsorbimento.
Il processo di adsorbimento è un processo in cui le molecole inquinanti vengono adsorbite sulla superficie solida e l'energia libera delle molecole diminuirà. Pertanto, il processo di adsorbimento è un processo esotermico e il calore rilasciato è chiamato calore di adsorbimento dell'inquinante sulla superficie solida. A causa delle diverse forze dell'adsorbimento fisico e dell'adsorbimento chimico, mostrano alcune differenze nel calore di adsorbimento, nella velocità di adsorbimento, nell'energia di attivazione dell'adsorbimento, nella temperatura di adsorbimento, nella selettività, nel numero dello strato di adsorbimento e nello spettro di adsorbimento.
La tecnologia di adsorbimento del carbone attivo è stata utilizzata per molti anni in Cina nella raffinazione e nella decolorazione delle industrie farmaceutiche, chimiche e alimentari. È stato utilizzato per il trattamento delle acque reflue industriali dagli anni '70. La pratica di produzione mostra che il carbone attivo ha un eccellente adsorbimento per tracciare gli inquinanti organici nell'acqua e ha un buon effetto di adsorbimento sulle acque reflue industriali come la stampa e la tintura dei tessuti, l'industria chimica dei coloranti, la lavorazione degli alimenti e l'industria chimica organica. In circostanze normali, ha una capacità unica di rimuovere i composti organici rappresentati da indicatori completi come BOD e COD nelle acque reflue, come coloranti sintetici, tensioattivi, fenoli, benzeni, organoclorurati, pesticidi e prodotti petrolchimici. Pertanto, l'adsorbimento di carbone attivo è diventato gradualmente uno dei metodi principali per il trattamento secondario o terziario delle acque reflue industriali.
L'adsorbimento è il lento{0}}processo di azione di una sostanza che si attacca alla superficie di un'altra. L'adsorbimento è un fenomeno interfacciale, correlato ai cambiamenti della tensione superficiale e dell'energia superficiale. Ci sono due capacità di guida che causano l'adsorbimento, una è la repulsione dell'acqua solvente alle sostanze idrofobiche e l'altra è l'attrazione per affinità dei solidi verso i soluti. La maggior parte dell'adsorbimento nel trattamento delle acque reflue è il risultato dell'effetto combinato di queste due forze. L'area superficiale specifica e la struttura dei pori del carbone attivo influiscono direttamente sulla sua capacità di adsorbimento. Quando si seleziona il carbone attivo, dovrebbe essere determinato attraverso esperimenti in base alla qualità delle acque reflue. Per la stampa e la tintura delle acque reflue, dovrebbero essere selezionate specie di carbonio con pori di transizione sviluppati. Inoltre, anche il contenuto di ceneri ha un'influenza. Minore è il contenuto di ceneri, migliori sono le prestazioni di adsorbimento; più la dimensione della molecola di adsorbato è vicina al diametro dei pori di carbonio, più facile sarà l'assorbimento; la concentrazione di adsorbato influisce anche sulla capacità di adsorbimento del carbone attivo. Entro un certo intervallo di concentrazione, la capacità di adsorbimento aumenta con l'aumento della concentrazione di adsorbato. Inoltre, anche la temperatura dell'acqua e il pH svolgono un ruolo. La capacità di adsorbimento diminuisce con l'aumento della temperatura dell'acqua.
