吸附剂（活性炭）的吸附动力和机理

发布时间：2022/9/9 10:49:42 浏览次数：244

文章来源：嵩山科技网络部作者：嵩山科技小编

在一个吸附系统中，吸附质最终会在吸附剂表面和主体相之间达到平衡，吸附动力学的定义即是达到平衡的速率。吸附平衡并不是瞬间出现的，因为吸附速率通常受到传质过程的限制，并由吸附剂和吸附质的性质共同决定。

吸附过程机理如下：

（1）液相传质（对流）

吸附质必须首先从溶液主体向活性炭颗粒周围水的界面层（液膜）传质。在相对静止的水中，这种运输主要通过被动扩散完成，也可通过剧烈混合造成紊流以强化传质，例如在流经GAC填料床的过程中或是PAC在水处理单元的混合过程。

（2）边界层扩散

吸附中可能还有额外到碳表面的传质阻力，这与吸附质从本体溶液通过稳定的水层运输有关，这个水层围绕在吸附剂颗粒的周围，称为流体力学边界层、液膜或是表面膜。经过边界层的传质是通过分子扩散发生的，分子扩散的驱动力是浓度梯度。扩散速率取决于系统的流体力学性质。

（3）内部扩散

内部扩散是指吸附质从吸附剂颗粒表面进入，如活性炭颗粒，在颗粒内运输到吸附位点的过程。这与系统的流体力学条件无关，但与颗粒尺寸及孔结构有关。内部扩散可能有两种机理：一种是孔内扩散，溶质分子在被液体充满的空隙中的扩散；另一种是孔表面扩散或者固相扩散，它是指溶质沿着吸附剂表面的扩散。孔表面扩散只有在表面活化能较弱，不足以阻碍分子的表面流动性时才会发生。这在具有高比表面积、孔隙狭小的多孔吸附剂中可能更重要。通常情况下，大孔扩散和微孔扩散分别被称为孔内扩散和孔表面扩散。孔内扩散和孔表面扩散在吸附剂颗粒内部经常是同时发生的。

（4）表面吸附

完成了一系列的传质之后，吸附质到达吸附有效位点，吸附质和吸附剂表面就会发生吸附。就物理吸附而言，吸附本身是非常快的。因此，前述的一系列扩散传质步骤中速度最慢的一步，就称为限速步骤，它将决定吸附质从溶液中被吸附去除的整体速率。在某种情况下，如果吸附伴随化学反应改变了分子的性质，而化学反应比扩散过程慢，可以此控制去除速率。

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