El principio de adsorción del carbón activado

Introducción de carbón activado

El carbón activado es un polvo negro o material de carbón granular. Debido a la disposición irregular del carbón microcristalino en la estructura del carbón activado, hay poros entre las conexiones cruzadas-y se generarán defectos en la estructura del carbón durante la activación, por lo que es un tipo de carbón poroso con baja densidad aparente y gran área de superficie específica. El material principal del filtro.

Producción de carbón activado

La materia prima principal del carbón activado puede ser casi todos materiales orgánicos ricos en carbono-, como carbón, madera, cáscara de fruta, cáscara de coco, cáscara de nuez, cáscara de albaricoque, cáscara de azufaifo, etc. Estos materiales carbonosos se convierten en carbón activado por pirólisis a alta temperatura y cierta presión en un horno de activación. Durante este proceso de activación, se forma gradualmente un área de superficie enorme y una estructura de poros compleja, y el llamado proceso de adsorción -se lleva a cabo en y sobre estos poros. El tamaño de los poros en el carbón activado tiene un efecto de adsorción selectiva en el adsorbato, lo cual se debe a que las macromoléculas no pueden entrar en los poros del carbón activado más pequeñas que sus poros. El carbón activado es un adsorbente hidrofóbico hecho de materiales a base de carbón-como materia prima, que se carbonizan y activan a alta temperatura. El carbón activado contiene una gran cantidad de microporos y tiene un área de superficie enorme, que puede eliminar el color y el olor de manera efectiva, y puede eliminar la mayoría de los contaminantes orgánicos y algunas sustancias inorgánicas en los efluentes secundarios, incluidos algunos metales pesados ​​tóxicos.

El principio del carbón activado.

1) Principio de filtrado

El filtro de carbón activado es un proceso de interceptación de los contaminantes en estado suspendido en el agua, y la materia suspendida interceptada llena los espacios entre los carbones activados. El tamaño de poro y la porosidad de la capa de filtro aumentan con el aumento del tamaño de partícula del material de carbón activado. Es decir, cuanto más grueso es el tamaño de partícula del carbón activado, mayor es el espacio que puede acomodar los sólidos en suspensión. Se manifiesta como una mayor capacidad de filtración, una mayor capacidad de retención de suciedad y una mayor intercepción de suciedad. Al mismo tiempo, cuanto más grandes sean los poros de la capa de filtro de carbón activado, más profundamente se pueden transportar los sólidos suspendidos en el agua a la siguiente capa de capa de filtro de carbón activado. Bajo la condición de un espesor de protección suficiente, los sólidos en suspensión pueden retenerse más, lo que hace que las capas de filtro media e inferior sean más eficientes. La función de interceptación se ejerce bien y aumenta la cantidad de interceptación de contaminantes de la unidad.

Estrictamente hablando, la capacidad de retención de sólidos en suspensión del carbón activado proviene del área superficial proporcionada por el carbón activado. Cuando el caudal es bajo, la capacidad de filtración de la unidad proviene principalmente del efecto de filtrado del carbón activado, y cuando el caudal es rápido, la capacidad de filtración proviene del efecto de adsorción en la superficie de las partículas de carbón activado. Cuanto más fuerte sea la adherencia.

2) El principio de adsorción

Según las diferentes fuerzas entre las moléculas de carbón activado y las moléculas contaminantes durante el proceso de adsorción, la adsorción se puede dividir en dos categorías: adsorción física y adsorción química (también conocida como adsorción activa). En el proceso de adsorción, cuando la fuerza entre las moléculas de carbón activado y las moléculas contaminantes es la fuerza de van der Waals (o atracción electrostática), se denomina adsorción física; cuando la fuerza entre las moléculas de carbón activado y las moléculas contaminantes son enlaces químicos, se llama quimisorción. . La fuerza de adsorción de la adsorción física está relacionada principalmente con las propiedades físicas del carbón activado y tiene poco que ver con las propiedades químicas del carbón activado. Debido a que la fuerza de van der Waals es débil, tiene poco efecto sobre la estructura de las moléculas contaminantes. Esta fuerza es la misma que la fuerza de cohesión intermolecular, por lo que la adsorción física se puede comparar con el fenómeno de aglomeración. Las propiedades químicas de los contaminantes permanecen sin cambios tras la adsorción física.

Debido al fuerte enlace químico, tiene una gran influencia en la estructura de las moléculas contaminantes, por lo que la quimisorción puede considerarse como una reacción química, que es el resultado de la interacción química entre los contaminantes y el carbón activado. La quimisorción generalmente implica el intercambio de pares de electrones o la transferencia de electrones, en lugar de una simple perturbación o polarización débil, y es un proceso de reacción química irreversible. La diferencia fundamental entre fisisorción y quimisorción es la fuerza que crea el enlace de adsorción.

El proceso de adsorción es un proceso en el que las moléculas contaminantes se adsorben en la superficie sólida y la energía libre de las moléculas disminuirá. Por lo tanto, el proceso de adsorción es un proceso exotérmico, y el calor liberado se denomina calor de adsorción del contaminante en la superficie sólida. Debido a las diferentes fuerzas de adsorción física y química, muestran ciertas diferencias en el calor de adsorción, la tasa de adsorción, la energía de activación de adsorción, la temperatura de adsorción, la selectividad, el número de capas de adsorción y el espectro de adsorción.

La tecnología de adsorción de carbón activado se ha utilizado en la refinación y decoloración de las industrias farmacéutica, química y alimentaria durante muchos años en China. Se ha utilizado para el tratamiento de aguas residuales industriales desde la década de 1970. La práctica de producción muestra que el carbón activado tiene una excelente adsorción para rastrear los contaminantes orgánicos en el agua, y tiene un buen efecto de adsorción en las aguas residuales industriales, como la impresión y el teñido de textiles, la industria química de tintes, el procesamiento de alimentos y la industria química orgánica. En circunstancias normales, tiene una capacidad única para eliminar compuestos orgánicos representados por indicadores integrales como DBO y DQO ​​en aguas residuales, como tintes sintéticos, surfactantes, fenoles, bencenos, organoclorados, pesticidas y productos petroquímicos. Por lo tanto, la adsorción con carbón activado se ha convertido gradualmente en uno de los principales métodos para el tratamiento secundario o terciario de las aguas residuales industriales.

La adsorción es el proceso-de acción lenta en el que una sustancia se adhiere a la superficie de otra. La adsorción es un fenómeno interfacial, que está relacionado con cambios en la tensión superficial y la energía superficial. Hay dos capacidades de conducción que causan la adsorción, una es la repulsión del agua solvente a sustancias hidrofóbicas y la otra es la atracción por afinidad de los sólidos a los solutos. La mayor parte de la adsorción en el tratamiento de aguas residuales es el resultado del efecto combinado de estas dos fuerzas. El área de superficie específica y la estructura de poros del carbón activado afectan directamente su capacidad de adsorción. Al seleccionar el carbón activado, debe determinarse a través de experimentos de acuerdo con la calidad de las aguas residuales. Para imprimir y teñir aguas residuales, se deben seleccionar especies de carbono con poros de transición desarrollados. Además, el contenido de cenizas también influye. Cuanto menor sea el contenido de ceniza, mejor será el rendimiento de adsorción; cuanto más cerca esté el tamaño de la molécula de adsorbato del diámetro del poro de carbono, más fácil será adsorberlo; la concentración de adsorbato también afecta la capacidad de adsorción del carbón activado. Dentro de un cierto rango de concentración, la capacidad de adsorción aumenta con el aumento de la concentración de adsorbato. Además, la temperatura del agua y el pH también juegan un papel. La capacidad de adsorción disminuyó con el aumento de la temperatura del agua.