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活性炭的过滤原理和在液体吸附中的应用。

一、活性炭过滤原理

活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有一定关系。水温越高,活性炭的吸附能力就越强;若水温高达30℃以上时,吸附能力达到极限,并有逐渐降低的可能。当水质呈酸性时,活性炭对阴离子物质的吸附能力便相对减弱;当水质呈碱性时,活性炭对阳离子物质的吸附能力减弱。所以,水质的PH不稳定,也会影响到活性炭的吸附能力。

活性炭的吸附原理是:在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度,再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内,使用初期的吸附效果很高。但时间一长,活性炭的吸附能力会不同程度地减弱,吸附效果也随之下降。如果水族箱中水质混浊,水中有机物含量高,活性炭很快就会丧失过滤功能。所以,活性炭应定期清洗或更换。

活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说,活性炭颗粒越小,过滤面积就越大。所以,粉末状的活性炭总面积最大,吸附效果最佳,但粉末状的活性炭很容易随水流入水族箱中,难以控制,很少采用。颗粒状的活性炭因颗粒成形不易流动,水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞,其吸附能力强,携带更换方便。

活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比,接触时间越长,过滤后的水质越佳。注意:过滤的水应缓慢地流出过滤层。新的活性炭在第一次使用前应洗涤洁净,否则有墨黑色水流出。

二、影响颗粒活性炭应用的主要性质

应用粒状活性炭,尤其大量应用,最影响效果和成本的活性炭主要性质是:吸附量;压降或床层膨胀;抗磨性;大小、水分、灰分、pH值和可溶物。

应用较为大量的颗粒活性炭都装在柱型设备中,就要讲究压降(压头损失)或床层膨胀,是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。

大量使用颗粒活性炭时,常加水以泵输送和以运输带脱水,因此要重视活性炭的损失量,讲求活性炭的抗磨性。

三、活性炭比表面积和吸附能力的关系

一般来说活性炭的比表面积(BET)越大,吸附力也越大,但是有时候却不一定。 BET是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的应用参数。按理BET越大,吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局限性,因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别,有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进入。在液相应用中,通常有机物的吸附值随分子量(分子大小)的提高而提高。直到分子大到不能进孔为止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小,吸附物进不了;孔太大,使单位体积的表面积减少。在气相应用中,小分子被吸附进入微孔。这时总表面积的概念是合用的。至于活性炭对金属络合物的吸附,涉及化学键的形成,也不是BET越大越好。

四、活性炭在液体吸附中的应用

活性炭在液体中主要用于脱色精制,有时也用于捕集回收或分离。

液体用活性炭进行脱色精制时,除了脱色(即吸附除去在可见光波长内具有吸光性的物质)以外,同时还能够除去在可见光波长以外具有吸光性的物质,除去颜色的前躯物质,除去有臭味的物质或调整香味,除去臭味的前躯物质,除去浑浊及可能导致浑浊的物质,除去起泡性物质,除去妨碍结晶的物质,除去胶体物质,除去对胶体有保护性的物质,除去生理性有害物质,以及除去促进产品变质的物质等,具有多种综合性的精制作用。

液相扩散速度比气相小得多,为了在短时间内获得吸附效果,因此常常使用粒度很细小的粉末状活性炭。但是,在处理量很大的场合,颗粒状活性的用例不断增加。因为其操作方便,容易再生。