مبدأ الامتزاز للكربون المنشط

إدخال الكربون المنشط

الكربون المنشط هو مسحوق أسود أو مادة كربونية حبيبية. بسبب الترتيب غير المنتظم للكربون الجريزوفولفين في بنية الكربون المنشط ، هناك مسام بين الوصلات المتقاطعة ، وسيتم توليد عيوب بنية الكربون أثناء التنشيط ، لذلك فهو نوع من الكربون المسامي مع كثافة سائبة منخفضة ومساحة سطح محددة كبيرة. المادة الرئيسية للمرشح.

إنتاج الكربون المنشط

يمكن أن تكون المواد الخام الرئيسية للكربون المنشط هي جميع المواد العضوية الغنية بالكربون تقريبا ، مثل الفحم والخشب وقذيفة الفاكهة وقذيفة جوز الهند وقذيفة الجوز وقذيفة المشمش وقذيفة العناب ، إلخ. يتم تحويل هذه المواد الكربونية إلى كربون منشط عن طريق الانحلال الحراري عند درجة حرارة عالية وضغط معين في فرن التنشيط. خلال عملية التنشيط هذه ، يتم تشكيل مساحة سطح ضخمة وبنية مسام معقدة تدريجيا ، ويتم تنفيذ ما يسمى بعملية الامتزاز في هذه المسام وعليها. حجم المسام في الكربون المنشط له تأثير امتزاز انتقائي على الممتز ، وذلك لأن الجزيئات الكبيرة لا يمكن أن تدخل في مسام الكربون المنشط أصغر من مسامها. الكربون المنشط هو مادة ماصة مسعورة مصنوعة من مواد قائمة على الكربون كمواد خام ، والتي يتم تفحمها وتنشيطها في درجة حرارة عالية. يحتوي الكربون المنشط على عدد كبير من المسام الدقيقة وله مساحة سطح ضخمة ، والتي يمكن أن تزيل اللون والرائحة بشكل فعال ، ويمكن أن تزيل معظم الملوثات العضوية وبعض المواد غير العضوية في النفايات السائلة الثانوية ، بما في ذلك بعض المعادن الثقيلة السامة.

مبدأ الكربون المنشط

1) مبدأ التصفية

مرشح الكربون المنشط هو عملية اعتراض الملوثات في الحالة المعلقة في الماء ، وتملأ المادة العالقة المعترضة الفجوات بين الكربون المنشط. يزداد حجم المسام والمسامية لطبقة المرشح مع زيادة حجم الجسيمات لمادة الكربون المنشط. أي أنه كلما كان حجم جسيمات الكربون المنشط أكثر خشونة ، زادت المساحة التي يمكن أن تستوعب المواد الصلبة المعلقة. ويتجلى ذلك في تعزيز قدرة الترشيح ، وزيادة قدرة الاحتفاظ بالأوساخ ، وزيادة اعتراض الأوساخ. في الوقت نفسه ، كلما كانت مسام طبقة مرشح الكربون المنشط أكبر ، كلما كان من الممكن نقل المواد الصلبة العالقة في الماء إلى الطبقة التالية من طبقة مرشح الكربون المنشط. في حالة سمك الحماية الكافي ، يمكن الاحتفاظ بالمواد الصلبة العالقة أكثر ، مما يجعل طبقات المرشح الوسطى والسفلية أكثر كفاءة. يتم ممارسة وظيفة الاعتراض بشكل جيد ، وتزداد كمية اعتراض الملوثات للوحدة.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، تأتي قدرة الاحتفاظ بالكربون المنشط للمواد الصلبة العالقة من مساحة السطح التي يوفرها الكربون المنشط. عندما يكون معدل التدفق منخفضا ، تأتي قدرة الترشيح للوحدة بشكل أساسي من تأثير فحص الكربون المنشط ، وعندما يكون معدل التدفق سريعا ، تأتي سعة الترشيح من تأثير الامتزاز على سطح جزيئات الكربون المنشط. أقوى الالتصاق.

2) مبدأ الامتزاز

وفقا للقوى المختلفة بين جزيئات الكربون المنشط وجزيئات الملوثات أثناء عملية الامتزاز ، يمكن تقسيم الامتزاز إلى فئتين: الامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي (المعروف أيضا باسم الامتزاز النشط). في عملية الامتزاز ، عندما تكون القوة بين جزيئات الكربون المنشط وجزيئات الملوثات هي قوة فان دير فالز (أو الجذب الكهروستاتيكي) ، يطلق عليها الامتزاز الفيزيائي. عندما تكون القوة بين جزيئات الكربون المنشط وجزيئات الملوثات عبارة عن روابط كيميائية ، يطلق عليها الامتصاص الكيميائي. . ترتبط قوة الامتزاز للامتزاز الفيزيائي بشكل أساسي بالخصائص الفيزيائية للكربون المنشط ، ولا علاقة لها بالخواص الكيميائية للكربون المنشط. نظرا لأن قوة فان دير فالز ضعيفة ، فإن لها تأثيرا ضئيلا على بنية جزيئات الملوثات. هذه القوة هي نفس قوة التماسك بين الجزيئات ، لذلك يمكن مقارنة الامتزاز الفيزيائي بظاهرة التكتل. تبقى الخواص الكيميائية للملوثات دون تغيير عند الامتزاز الفيزيائي.

نظرا للرابطة الكيميائية القوية ، فإن لها تأثيرا كبيرا على بنية جزيئات الملوثات ، لذلك يمكن اعتبار الامتزاز الكيميائي بمثابة تفاعل كيميائي ، وهو نتيجة للتفاعل الكيميائي بين الملوثات والكربون المنشط. ينطوي الامتصاص الكيميائي عموما على مشاركة زوج الإلكترونات أو نقل الإلكترونات ، بدلا من الاضطراب البسيط أو الاستقطاب الضعيف ، وهو عملية تفاعل كيميائي لا رجعة فيها. الفرق الأساسي بين physisorption و chemisorption هو القوة التي تخلق رابطة الامتزاز.

عملية الامتزاز هي عملية يتم فيها امتصاص جزيئات الملوثات إلى السطح الصلب ، وسوف تنخفض الطاقة الحرة للجزيئات. لذلك ، فإن عملية الامتزاز هي عملية طاردة للحرارة ، وتسمى الحرارة المنبعثة حرارة الامتزاز للملوث على السطح الصلب. نظرا للقوى المختلفة للامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي ، فإنها تظهر اختلافات معينة في حرارة الامتزاز ، ومعدل الامتزاز ، وطاقة تنشيط الامتزاز ، ودرجة حرارة الامتزاز ، والانتقائية ، وعدد طبقة الامتزاز ، وطيف الامتزاز.

تم استخدام تكنولوجيا امتزاز الكربون المنشط في تكرير وإزالة لون الصناعات الدوائية والكيميائية والغذائية لسنوات عديدة في الصين. وقد تم استخدامه لمعالجة مياه الصرف الصناعي منذ 1970s. تظهر ممارسة الإنتاج أن الكربون المنشط لديه امتزاز ممتاز لتتبع الملوثات العضوية في الماء ، وله تأثير امتزاز جيد على مياه الصرف الصناعي مثل طباعة المنسوجات والصباغة ، والصناعة الكيميائية للصبغ ، ومعالجة الأغذية والصناعة الكيميائية العضوية. في ظل الظروف العادية ، لديها قدرة فريدة على إزالة المركبات العضوية التي تمثلها مؤشرات شاملة مثل BOD و COD في مياه الصرف الصحي ، مثل الأصباغ الاصطناعية والمواد الخافضة للتوتر السطحي والفينولات والبنزين والكلور العضوي والمبيدات الحشرية والمنتجات البتروكيماوية. لذلك ، أصبح امتزاز الكربون المنشط تدريجيا أحد الطرق الرئيسية للمعالجة الثانوية أو الثالثة لمياه الصرف الصناعي .

الامتزاز هو عملية بطيئة المفعول لمادة واحدة تلتصق بسطح مادة أخرى. الامتزاز هو ظاهرة بين الوجوه ، والتي ترتبط بالتغيرات في التوتر السطحي والطاقة السطحية. هناك نوعان من القدرات الدافعة التي تسبب الامتزاز ، واحدة هي تنافر الماء المذيب إلى مواد مسعورة ، والأخرى هي جاذبية تقارب المواد الصلبة إلى المذاب. معظم الامتزاز في معالجة مياه الصرف الصحي هو نتيجة للتأثير المشترك لهاتين القوتين. تؤثر مساحة السطح المحددة وبنية المسام للكربون المنشط بشكل مباشر على قدرتها على الامتزاز. عند اختيار الكربون المنشط ، يجب تحديده من خلال التجارب وفقا لجودة مياه الصرف الصحي. لطباعة وصبغ مياه الصرف الصحي ، ينبغي اختيار أنواع الكربون ذات المسام الانتقالية المتقدمة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن محتوى الرماد له أيضا تأثير. كلما كان محتوى الرماد أصغر ، كان أداء الامتزاز أفضل ؛ كلما اقترب حجم جزيء الامتزاز من قطر مسام الكربون ، كان من الأسهل امتصاصه ؛ يؤثر تركيز الامتزاز أيضا على قدرة الامتزاز للكربون المنشط. ضمن نطاق تركيز معين ، تزداد قدرة الامتزاز مع زيادة تركيز الامتزاز. بالإضافة إلى ذلك ، تلعب درجة حرارة الماء ودرجة الحموضة دورا أيضا. انخفضت قدرة الامتزاز مع زيادة درجة حرارة الماء.