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给水深度处理活性炭的孔隙结构分布
发布时间:2019-12-20 浏览

给水深度处理活性炭的孔隙结构分布

影响水处理用活性炭性能的因素很多,就活性炭本身而言,主要是孔隙结构和表面的化学基团,而在这两者之中,孔隙结构又是第一位的。按照前苏联科学院院士杜比宁(DUBININ)划分法,活性炭的孔隙分类如下:微孔(D≤20Å),中孔(D=20-500Å),大孔(D> 500Å);微孔又可以划分为真微孔(D<6Å)和次微孔(6Å<D<16Å)。

研究表明,并非所有的活性炭孔隙都能发挥吸附污染物的作用。从活性炭的孔隙功能图可以看出(见图2),不同的孔隙结构其功能(或作用)是不同的,根据分子本身的大小不同,每种物质都有对应的较小孔隙尺寸,污染物能进入的孔隙称为有效孔隙(或将污染物能够接近的活性炭表面称为有效表面)。

给水深度处理活性炭的孔隙结构分布

从图2可以看出,对有机污染物而言主要是微孔和中孔起吸附作用。活性炭的吸附容量取决于其有效孔隙容积的多少,有效孔隙容积越大,则吸附量越大;反之则越小。

早在20世纪80年代,蒋仁甫通过试验找到了区分有效和无效孔隙的数值,即D/d≥1.7(其中D为活性炭孔隙的直径,d为吸附质(污染物)分子的直径)。也就是说,只有孔隙直径大于等于污染物分子直径的1.7倍时,吸附才能发生,且D/d较好为3~6,因为在这种情况下,不仅孔隙容积利用率较高(>70%),而且由于吸附质分子不是处于四周受力的情况下,脱附(再生)较容易。

根据D/d≥1.7结论,可取得不同分子量有机污染物的分子尺寸及所需要的活性炭较小孔径,见表1。

表1有机污染物的分子尺寸及所需要的活性炭较小孔径

有机污染分子量/Da 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
有机污染分子尺寸d/Å 10 12.2 14.1 15.8 17.3 18.8 20 21.2 22.3
活性炭的较小孔径D/Å 17 20.74 24 26.82 29.4 31.96 34 36.4 37.91

综上所述,吸附用给水深度处理活性炭较佳孔径范围为:17-37.91Å,即要求活性炭具有发达的微孔结构(D≤40Å),尤其是次微孔结构(12Å<D<32Å)。

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