活性炭的吸附原理

　　根據(jù)固體表面吸附力的不同，活性炭的吸附可分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附等三種類型。

　　1．物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)通過分子力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。這是最常見的一種吸附現(xiàn)象。物理吸附主要是因分子間作用力范德瓦爾斯力的作用，這種引力是由分子或原子中電子的瞬間不對稱偶極(激發(fā)偶極)產(chǎn)生的。發(fā)生在該吸附過程中被吸附分子和吸附劑表面組成都不會改變。物理吸附熱較小，一般為20．9~41．9kJ／mol(5～10kal／m01)，因此在低溫條件下可進行吸附。物理吸附通常進行得很快，并且是可逆的，在吸附的同時被吸附的分子由于熱運動還會開固體表面，稱為解吸。物理吸附時，一種吸附劑可以吸附多種物質(zhì)，但由于吸附質(zhì)性質(zhì)的不同，吸附的量也有所差別。這種吸附現(xiàn)象與吸附劑的表面積、細孔分布有密切的關(guān)系。

　　2．化學吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間靠化學鍵的作用，發(fā)生化學反應(yīng)，使它們牢固的聯(lián)系在一起?；瘜W吸附時吸附分子和吸附劑表面間有某種化學作用，即它們之間有電子的交換、轉(zhuǎn)移或共有，從而導致原子的重排、化學鍵的形成或破壞?；瘜W吸附一般發(fā)生在像邊緣不飽和碳原子等活性位上，于是存在固定的吸附位，而且被吸附分子不能沿表面移動。化學吸附的吸附熱較大，在42--420 kJ／tool范圍內(nèi)。化學吸附是一種選擇性吸附，即一種吸附劑只對某種或特定幾種物質(zhì)有吸附作用。由于化學吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學鍵力進行的，所以化學吸附僅能形成單分子層，吸附是比較穩(wěn)定的，不易解吸，并常伴有化學變化的產(chǎn)物析出?；瘜W吸附速度與化學反應(yīng)速度類似，需要活化能的化學吸附常需在較高溫度下才能以較快的速度進行。吸附劑的表面化學性質(zhì)和吸附質(zhì)的化學性質(zhì)對化學吸附有直接的影響。物理吸附與化學吸附的一般特點和主要區(qū)別總結(jié)在表2.1中。在微孔固體上物理吸附有時因擴散速度慢而使吸附速度很慢。在實際的吸附過程中，兩類吸附有時會交替進行。如先發(fā)生單層的化學吸附，而后在化學吸附層上再進行物理吸附。

　　3．交換吸附：一種物質(zhì)的離子由于靜電引力集聚在吸附劑表面上的帶電點上。在吸附過程中，吸附一個吸附質(zhì)的離子，吸附劑同時要放出一個等量的離子，即離子交換。離子電荷是交換吸附的決定因素。物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移和沒有化學鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等，只靠較弱的分子間范德華力結(jié)合，主要發(fā)生在低溫狀態(tài)下，因此吸附 穩(wěn)定性不高，容易吸附、解吸且易達到平衡；化學吸附相當于吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學反應(yīng)，這類吸附相對較穩(wěn)定，不易達到平衡和解吸；交換吸附是吸附質(zhì)的離子由于靜電引力作用聚集在吸附劑表面的帶電點上，并置換出原先固定在這些帶電點上的其他離子。許多物質(zhì)在固體表面上往往同時發(fā)生物理吸附和化學吸附，還有一些體系在低溫時發(fā)生物理吸附而在高溫時發(fā)生化學吸附，因此實際上的吸附較為復雜。以上三種吸附往往是同時存在。在用吸附法進行水處理時，利用它們的綜合作用達到去除污染物的目的。