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【科普】活性炭之谜:液相净化

发布日期:2019-01-10 10:20 来源:活性炭网 作者:活性炭网 浏览数:

液相净化 使用LIQUID PHASE碳吸附可用于去除产生不需要的颜色,气味或味道的有机化合物。 在大多数情况下,与其他技术相比,该技术是最简单且更便宜的选择,例如:蒸馏,结晶等。

液相净化

使用LIQUID PHASE吸附可用于去除产生不需要的颜色,气味或味道的有机化合物。在大多数情况下,与其他技术相比,该技术是最简单且更便宜的选择,例如:蒸馏,结晶等。尽管碳吸附的大多数化合物本质上是有机的,但是存在一些重要的无机例外。LIQUID PHASE中的吸附是两种现象的结果:

  • 物理吸附:由Van Der Waals力引起。
  • 化学吸附:由化学链接引起

液体相中的吸附是吸附和解吸之间平衡的结果,因此,它是一种复杂的现象,可能受到许多变量的影响。

友好的线性方程

有一个经验公式可用于预测大多数液相应用中活性炭的行为。

式-inglish

  • X =吸附杂质的量。
  • M =碳剂量
  • C =残留杂质浓度。
  • KC 1 / n =常数

 

 

如果我们用对数纸绘制这个等式,我们将得到一条直线。

grafica1_ing

该图称为Freundlich等温线,在评估某种应用中活性炭的行为并找到合适的剂量时非常有用。

当在一个图表中绘制碳剂量的数据与某一应用中去除的杂质的平均值时,得到如下图表:

dosis_ing可以注意到,存在活性炭的效率持续提高的范围,但是有一点,即尽管添加更多的碳,但是去除的改善率降低。

活性炭通常在杂质中吸附其重量的10%至60%。不幸的是,在LIQUID PHASE中,必须除去的杂质通常是化合物的混合物,其精确组成很少被人知道。

因此,产生等温线非常重要。等温线仅适用于生成它的相同条件,并且通过改变任何一个变量,等温线可能会发生显着变化。

对于被活性炭吸附的化合物,其分子必须穿透碳孔,因此,它们的直径必须大于杂质分子本身。

在液相中,大多数分子是中等大小或大的,并且它们需要具有显着中孔的碳。

例如:

考虑到吸附是平衡过程,任何与其存在的产物具有相似性的杂质将使吸附变得困难。例如,其存在的介质中的高度可溶的污染物比具有中等或低溶解度的污染物更难以吸附。

在吸附过程中,通常更关键的步骤之一是要除去的杂质向碳外表面的扩散,因此影响扩散性的任何变量也会影响吸附。

重要变量

通常,影响吸附的最重要变量是:

温度

较高的温度通常会使达到平衡更快; 然而,吸附的杂质量较低。这意味着如果时间不重要,可以在较低的温度下实现更多的吸附; 在工业水平上很少实用,因此在可能的情况下提高温度通常是有益的,但需要根据具体情况进行评估。

pH值

许多具有颜色的化合物在pH变化时在结构和颜色上变化。在大多数情况下,由于以下两个原因,在较低pH值下变色效率更高:

  • 产生颜色的化合物通常高度依赖于pH,在较低pH下变得不那么强烈。
  • 在较低的pH下吸附可能更有效。

当您不确定该行为时,最好修改pH值并找到pH值接近该过程的活性炭。

碳粒径

碳表面积主要是内部的,因此在大多数应用中,颗粒的尺寸对碳本身的吸附能力没有明显的影响。然而,它确实会影响达到平衡的速度。

例如:在某种应用中,当使用粒状碳时,可能需要几个小时的接触,以获得在30分钟接触期间使用粉末碳获得的相同结果。使用较小颗粒的缺点是:

  • 颗粒状碳:压降更高
  • 含碳粉:过滤能力较低

碳纯度:灰分

灰分通常由存在于原料中的无机化合物组成,其中产生活性炭并且在活化过程中不会挥发。

灰分含量通常与碳的质量相关。这可能是由于可溶性灰分组分的纯度问题,但同时,灰分在某些应用中可在吸附中发挥积极作用。

有许多应用,其中灰分并不重要; 然而,存在一些方法,其中无机化合物(例如钙,镁和铁)的存在可引起不希望的反应。

使用活性炭

在LIQUID PHASE期间有两种使用活性炭的方法。

使用粉状活性炭或颗粒状活性炭。

两种碳都具有特定的特性,使得它们或多或少地适合于特定情况。选择其中一个也意味着选择它的应用方式。

使用活性炭

如前所述,颗粒和粉末碳之间的唯一区别是颗粒的大小。

因此,当使用填充在液体流过的柱中的粒状碳时,获得相同结果所需的时间要长得多。这种操作对于连续过程是可取的,以实现纯化的液体的稳定质量以及当处理大流量时。它有一个优点; 碳可以再生,因此消耗量较低; 但是所需的投资很高,并不总是合理的。

柱操作与逆流接触的原理相同; 此外,它可以被视为多阶段联系。在进水和出水之间,存在杂质浓度梯度,并且进入的碳比排出的碳更快地排出。

在操作开始时,在柱中有一个点,其中杂质浓度与出口的杂质浓度相同。该区域称为质量转移区(MTZ)。其余的碳仍然是处女。随着操作的继续,部分碳被耗尽,质量转移区开始向出口移动。最后,有一段时间MTZ到达出口。片刻之后,流出物中杂质的浓度将开始增加,可以认为色谱柱已耗尽。这需要多长时间取决于几个因素:

  • granlar1液体流量(流量越大,MTZ越大)
  • 碳颗粒的大小; 最小的碳产生较小的MTZ,但压力较高。
  • 温度; 由于粘度降低,温度的升高通常会降低MTZ高度。
  • 使用的碳的特征(孔径)和被净化的产物(扩散系数)。

应该强调的是,粒状碳的容量与粉末碳的容量相同,确定吸附某种杂质的容易程度的方法是在实验室中研磨碳并运行Freundlich等温线。

为了获得色谱柱的设计参数(直径,碳高度,流量等),必须进行中试。一种简单的方法是在一系列中使用几个3.5“或4”列。

作为一般规则,我们可以说柱子直径内的碳比率从2到1不等; 以5:1计算的平均流量和在一小时内流过碳的床体积数(VCH)测量的平均流量在以下范围内:

  • 变色0.2-0.6
  • 除臭1.0 - 2.0
  • 治疗1.0 - 4.0

颗粒碳有两种系统变化:

  • 脉冲床系统
  • 固定床系统

脉冲床系统

脉冲床系统以上流模式运行,并且部分碳被定期提取。通过塔顶部的原始碳或再生碳代替。

这是一种提供连续操作的有效安排,但它有一些缺点,例如:

液体必须不含任何悬浮固体。如果有的话,碳床将充当过滤器并产生压力。

必须精确控制流量。如果有任何重要的变化,碳床可能会液化,液体可能会拖累一些碳​​。

固定床系统

该系统在向下流动中运行,碳从上到下缓慢地消耗,并且当输出浓度高于允许的最大值时,不再操作塔并且更换碳。这种布置效率较低,因为当柱子不再运行时,部分碳仍然具有一定程度的活性,但是它更通用。如果液体具有由碳床捕获的悬浮固体,则停止操作并将其反洗以除去固体至废物。

此外,如果流量显着增加,则不会有任何困难。这种布置的变化使其更有效并且更好地排出现有的碳是使用一系列的两个柱。当第一列用尽时,第2列变为第1列,最近再生的列作为第2列进入系统。

在固定床系统中,总是需要空的40-50%的空间。必须有这样的空间来反洗碳床。反洗时,必须使用允许20%至30%床膨胀的流量。

粉末碳

当使用粉末碳时,将其添加到在具有足够搅拌的罐中纯化的产品中以获得均匀的悬浮液。在足够的接触时间后,通过沉降或过滤除去碳。在可能的情况下,建议使用一个小型混合罐,在其中制备活性炭悬浮液 - 用水或清洁液体 - 并使粉末有效润湿。

随后将悬浮液加入处理槽中。

granular2_ing粉末碳操作更通用,因为可以根据待净化的液体的质量来改变剂量,从而减少过程中的变化。此外,所需的设备非常简单和传统,因此所需的投资很低。

剂量范围可以通过使用前面描述的Freundlich等温线来确定。通常,大多数应用中的碳剂量低于2%。有时,某种应用的等温线显示出陡峭的斜率,表明需要高剂量的活性炭才能达到高纯度水平。在这种情况下,为了改善碳的使用并减少其剂量,双逆流接触是一个很好的选择。该过程包括用活性炭进行的第一次处理,该活性炭已经过该过程一次。然后,再次处理获得的液体,但现在使用原始碳。

最终的酒具有比仅有一次接触的酒更好的质量。从该第二次过滤收集的碳恰好是再次用于第一次处理的碳。

granular3_ing双重接触的结果意味着碳的重要节省50%或更多。然而,在做出决定之前,必须考虑更多设备和更多劳动力的需求。通过取一个用于过滤液体的过滤器来实现双接触的近似,而不是扔掉滤饼并将其洗掉,用它过滤未处理的液体,然后将其送到碳处理槽。这种双重接触虽然不如上述那样有效,但需要较少的附加设备。

(责任编辑:活性炭网)
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