Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

24 ноября 2020
Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

Теперь рассмотрим такое явление, как адсорбция, которая также играет важную роль в очистке и подготовке воды. Адсорбция — это адгезия атомов, ионов, биомолекул или молекул газа, жидкости или растворенных твердых веществ к поверхности. Этот процесс создает пленку адсорбата (молекулы или атомы, которые накапливаются на поверхности адсорбента). Но данная адсорбция отличается от абсорбции, при которой жидкость проникает или растворяется в жидкости или твердом теле. Термин сорбция охватывает оба процесса, в то время как десорбция — это обратный адсорбции процесс и это поверхностное явление. В зависимости от характера сил между адсорбатом и адсорбентом адсорбция бывает двух типов: физическая адсорбция (то есть силы притяжения между адсорбатом и адсорбентом — это силы Ван-дер-Ваальса и они слабые), а также химическая адсорбция или хемосорбция (силы притяжения между адсорбатом и адсорбентом так же сильны, как и химические связи). Этот тип адсорбции не может быть легко обращен. Адсорбция — это процессы сорбции, при которых определенные адсорбаты избирательно переносятся из жидкой фазы на поверхность нерастворимых твердых частиц, взвешенных в сосуде или иным образом подготовленных.

Адсорбционные системы обрабатывают воду, добавляя туда вещества, например активированный уголь или оксид алюминия. Адсорбенты привлекают загрязняющие вещества в результате химических и физических процессов, которые заставляют их «прилипать» к своей поверхности для последующей утилизации. Наиболее часто используемый адсорбент — активированный уголь. Активированный уголь в виде порошка довольно часто используется, когда возникают временные проблемы с качеством: его можно просто добавить в воду и выбросить вместе с осадком. Гранулированный активированный уголь часто размещается в слое, через который исходная вода медленно проходит или просачивается. Обработка активированным оксидом алюминия используется для привлечения и удаления загрязняющих веществ, таких как мышьяк и фторид, которые имеют отрицательно заряженные ионы. При физической адсорбции силы притяжения между молекулами адсорбата и адсорбента относятся к слабому ван-дер-ваальсовому типу. Силы Ван-дер-Ваальса — это сумма сил притяжения или отталкивания между молекулами (или между частями одной и той же молекулы), кроме сил, обусловленных ковалентными связями или электростатическим взаимодействием ионов друг с другом или с нейтральными молекулами.

Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

Связь Ван-дер-Ваальса уже показывает разницу в связи между двумя молекулами и одной молекулой с твердым телом. Ван-дер-ваальсова связь между двумя молекулами может быть описана как взаимодействие между двумя точечными диполями. Поскольку силы притяжения слабые, процесс физадсорбции можно легко обратить путем нагревания или уменьшения давления адсорбата (как в случае газов). Процесс не привязан к определенному месту, и адсорбат относительно свободно перемещается по поверхности. При хемосорбции силы притяжения между адсорбатом и адсорбентом очень велики, и молекулы адсорбата образуют химические связи с молекулами адсорбента, присутствующими на поверхности. Адсорбция обычно сопровождается выделением энергии, то есть большинство процессов адсорбции являются экзотермическими по своей природе. Энтальпия — это мера полной энергии термодинамической системы, она включает в себя внутреннюю энергию, которая представляет собой энергию, необходимую для создания системы, и количество энергии, необходимое для освобождения места за счет смещения окружающей среды и установления ее объема и давления. Энтальпия физсорбции, которая представляет собой изменение энтальпии для адсорбции одного моля адсорбата на поверхности адсорбента, находится в диапазоне от 20 кДж / моль до 40 кДж / моль. Значения энтальпии для хемосорбции на порядок выше, то есть от 200 кДж / моль до 400 кДж / моль.

Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

Адсорбционное равновесие — это динамическая концепция, достигаемая, когда скорость, с которой молекулы адсорбируются на поверхности, равна скорости, с которой они десорбируются. Большинство теорий адсорбции было разработано для газо-твердых систем, потому что газообразное состояние понимается лучше, чем жидкое. До сих пор статистические теории, разработанные для систем газ - твердое тело, редко применялись для систем жидкого и твердого вещества с низкой уверенностью при проектировании оборудования. Наиболее часто используемыми моделями равновесия для понимания адсорбционных систем были уравнения изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра, подробное описание которых вы можете найти в специальной литературе. Здесь же заметим, что если адсорбент и адсорбат контактируют достаточно долго, устанавливается равновесие между количеством адсорбированного адсорбата и количеством адсорбата в растворе. Равновесные отношения и описываются изотермами. Изотермы — это количество адсорбата на адсорбенте в зависимости от его давления (для газа) или концентрации (для жидкости) при постоянной температуре. Адсорбированное количество почти всегда нормируется на массу адсорбента, чтобы можно было сравнивать различные материалы. Количество адсорбированного адсорбата является функцией концентрации жидкой фазы и называется изотермой адсорбционного равновесия. Для описания адсорбционного равновесия можно использовать различные функции.

Например, можно использовать данные изотермы Фрейндлиха. Константы Фрейндлиха K и n зависят от температуры воды, pH, типа углерода и концентрации других органических соединений. Используя лабораторные эксперименты, можно определить константы Фрейндлиха для одного вещества с конкретным типом активированного угля. Когда эти графики построены в логарифмическом масштабе, постоянная Фрейндлиха K может быть определена по пересечению графика с осью y. Наклон прямой равен постоянной Фрейндлиха n. Чем выше значение K, тем лучше адсорбция. В 1916 году Ирвинг Ленгмюр опубликовал новую модельную изотерму для газов, адсорбированных твердыми телами. Это полуэмпирическая изотерма, полученная из предложенного кинетического механизма. Он основан на четырех предположениях. Первое: поверхность адсорбента однородная, то есть все адсорбционные центры эквивалентны. Второе: адсорбированные молекулы не взаимодействуют. Третье: вся адсорбция происходит по одному и тому же механизму. И четвертое: при максимальной адсорбции образуется только монослой: молекулы адсорбата не осаждаются на других, уже адсорбированных, молекулах адсорбата, а только на свободной поверхности адсорбента. Впрочем, эти четыре предположения редко бывают верными в комплексе.

Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

Уравнение обычно строится для произвольного значения K (часто называется изотермой ленгмюровского поглощения). Поверхность участков насыщается по мере увеличения концентрации. Величина K определяет относительное сродство данного растворенного вещества к поверхностной адсорбции. Как и все константы равновесия, K зависит от температуры. Часто молекулы действительно образуют многослойные структуры, то есть некоторые из них адсорбируются на уже адсорбированных молекулах, и изотерма Ленгмюра в этом случае недействительна. В 1938 году Стивен Брунауэр, Пол Эммет и Эдвард Теллер разработали свою изотерму, которая учитывает эту возможность. Их теория называется теорией BET по первым буквам их фамилий. Они модифицировали механизм Ленгмюра. Выводы ученых оказались следующими. Адсорбенты используются в виде сферических гранул, стержней, отливок или монолитов с гидродинамическим диаметром от 0,5 до 10 мм. Они должны обладать высокой стойкостью к истиранию, высокой термической стабильностью и малым диаметром пор, что приводит к увеличению площади открытой поверхности и, следовательно, к высокой способности поверхности к адсорбции. Адсорбенты также должны иметь отчетливую пористую структуру, обеспечивающую быстрый перенос газообразных паров.

Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 4

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад