1、xxx大學xx專業學位論文 論文題目： 含酚廢水處理 碩 士 生： 指導教師： 教授 工程領域： 含酚廢水處理摘 要酚類廢水的毒性劇烈，它對于人類和生物組織的危害巨大，皮膚沾染或滲透后、被生物吞咽后，都顯示其有較高的毒性，同時，此種物質也對自然屆造成較大危害，溶在水中可以嚴重污染水質。所以如果不能能夠生理安全有效地處理掉水中的對氯苯酚，將不可避免地對人們及其他生物構成極大危害。吸附法是本文所要闡述的主要辦法，在此方法中對設備的要求簡單、操作流程方便、對含氯苯酚的廢水能夠較好凈化，可對大部分污染物質進行有效吸附，回收物的純度系數較高，而且因為該生產流程對能耗要求不高、活性碳纖維再生容易，所以在工

2、業上得到廣泛地應用。若要實現此種方法的工作生產，就要從環境和經濟效益兩個角度考慮，資源回收與廢水處理達標排放是水處理過程中需要探查的兩個方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進行操作是一種操作簡便的方法，同時可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學方法適用于高低濃度的廢水，本實驗采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑。本文擬對活性炭纖維用于等溫吸附平衡進行研究求算模型參數以及ph值對活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床的再生做了較詳細的研究。通過此實驗為現實工業中該類廢水的處理方法提供了理論依據。此方法為改進處理含酚廢水

3、技術提供根據，相信會在實際工業生產中有實際價值。abstractchlorophenol is a strong toxic and flammable substance, when absorbed through the skin or inhaled, after swallowing it also stimulates the organism tissue serious. chlorophenol is a pollutants for source. had no reasonable treatment, it would imperil people and other

4、biology.the assay method equipment is simple, easy to operate, high purification rate, adsorption capacity, high purity of recycled goods, and easy to renew and many other advantages, so widely used in industry.starting from the point of view of environmental and economic benefits, both resource rec

5、overy and waste water treatment should be considered in water treatment technologies. the adsorption technology is a simply physical and chemical method for high and low concentrations of wastewater ,which could reclaim useful resource for recycling waste water, the experiment uses the activated car

6、bon fiber as the sorbent to adsorb the chlorophenol in wastewater. this paper intends to study the balance of activated carbon fibers for isotherm adsorption studies, to calculate the model parameters and the ph value of impact on activated carbon fiber adsorption chlorophenol .it also study fixed b

7、ed regeneration of activated carbon fiber fixed bed adsorption breakthrough curves of activated carbon fibers detailed study. this experiment provides a theoretical basis for such wastewater treatment in the real industry.this method improved the treatment of phenol wastewater technology, i believe

8、the real value in the industrial production.創新點摘要本文主要研究的是通過活性碳纖維實現對含酚廢水處理的過程，其創新點如下：1.對于含酚廢水的處理過程和方法被作為水處理研究中備受關注的課題。就環境和經濟效益兩個角度考慮，資源回收與廢水處理達標排放是水處理過程中需要探查的兩個方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進行操作是一種操作簡便的方法，同時可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學方法適用于高低濃度的廢水，但若吸附劑再生性能差、價格貴。則很難在實際水處理中普遍應用?；钚蕴祭w維此類物質是一種高效新型的吸附劑，它的優點包括吸附容量大、吸附和解吸速

9、率快、再生條件溫和。所以對于此類物質在廢水處理的應用研究中逐步加深。2. 在文中對活性炭纖維用于等溫吸附平衡進行了研究求算模型參數以及ph值對活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床的再生做了較詳細的研究。通過此實驗為現實工業中該類廢水的處理方法提供了理論依據。目 錄學位論文獨創性聲明i學位論文使用授權聲明i摘 要iiabstractiii創新點摘要v目 錄1前 言1第一章.文獻綜述21.1 酚類化合物危害概述21.2 含酚廢水的處理方法21.2.1 高濃度含酚廢水的處理方法21.2.2 中等濃度含酚廢水的處理方法31.2.3 低濃度含酚廢水的

10、處理方法41.3 活性炭纖維簡介41.3.1 活性炭纖維的組成和性能41.4 活性炭纖維在生活中的應用51.4.1 水處理方面的應用51.4.2 電子器材和產品方面的應用61.5擴散機理與擴散方程71.5.2 吸附等溫線的經典模型91.6 固定床吸附器10第二章.實驗所用藥品儀器和所用溶液的配制162.1 實驗藥品162.2 實驗儀器與設備162.3 所用溶液的配制172.3.1 對氯苯酚原液（pcp）的配制172.3.2 緩沖溶液（ph值10）的配制172.3.3 4氨基安替比林（4app）溶液的配制172.3.4 鐵氰化鉀溶液172.3.5. 對氯苯酚中間液172.4 溶液配制備注17第三

11、章.實驗部分193.1 活性炭纖維吸附氯苯酚標準曲線的繪制193.1.1 顯色原理與實驗內容193.1.2 繪制標準曲線的實驗步驟193.2 吸附平衡實驗203.2.1 吸附平衡實驗內容203.2.2 平衡吸附等溫線的測定原理20表1 吸附等溫線數據表203.2.3 吸附平衡實驗步驟243.2.4 吸附平衡實驗結論243.2.5 最小二乘法線性回歸模型243.2.6 ph值對吸附平衡的影響實驗內容273.2.7 ph值對吸附平衡的影響實驗步驟273.2.8 ph值對吸附平衡的影響結論283.3 活性炭纖維吸附氯苯酚速率的研究283.3.1 實驗基本原理283.3.2 吸附速率的實驗內容283.

12、3.3 吸附速率的實驗步驟283.3.4 吸附速率實驗數據處理293.3.5 吸附速率曲線實驗結論293.4 活性炭纖維固定床突破曲線的研究293.4.1 固定床吸附簡介293.4.2 突破曲線實驗內容303.4.3 突破曲線實驗方法303.4.4活性炭纖維床層的填充303.4.5 活性炭纖維固定床突破曲線的實驗步驟313.4.6 活性炭纖維固定床吸附突破曲線結論313.5 活性炭纖維再生的研究323.5.1 活性炭纖維再生的概述323.5.2 活性炭纖維再生原理323.5.3 活性炭纖維再生的實驗323.5.4 活性炭纖維固定床再生效率的計算333.5.5 實驗結論33第四章 結論35參考文

13、獻36致謝37前 言水是保貴的自然資源,是人類賴以生存的必要條件,在人類生產和生活中,從自然界取用了水資源,經生產和生活活動后,又向自然界排出了受污染的水,酚類廢水便是其中之一.本實驗要治理的對氯苯酚（pchlorophenol），也叫作對氯酚，化學相對分子量為128.56，白色針狀晶體，工業品帶黃色或粉紅色。相對密度為（40/4）1.26，沸點為217，熔點為42-43，閃點為121，微溶于水。在水中溶解度為（20）27.1g/l。對氯苯酚的毒性劇烈，它對于人類和生物組織的危害巨大，皮膚沾染或滲透后、被生物吞咽后，都顯示其有較高的毒性，同時，此種物質也對自然屆造成較大危害，溶在水中可以嚴重污

14、染水質。所以如果不能能夠生理安全有效地處理掉水中的對氯苯酚，將不可避免地對人們及其他生物構成極大危害。若要實現此種方法的工作生產，就要從環境和經濟效益兩個角度考慮，資源回收與廢水處理達標排放是水處理過程中需要探查的兩個方面問題。本文中闡述的活性碳纖維做為吸附劑進行操作是一種操作簡便的方法，同時可有效回收利用廢水中有用資源，這種物理化學方法適用于高低濃度的廢水，本實驗采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑。從環境和經濟效益兩個角度出發，水處理技術應考慮兼顧資源回收與廢水處理達標排放兩個方面的問題。吸附是一種操作簡便、可實現廢水中有用資源回收利用、對高低濃度廢水均適用的物理化學方法，

15、本實驗采用吸附法脫除廢水中的氯苯酚，用活性炭纖維作為吸附劑?；钚蕴坷w維與顆粒狀活性炭相比的顯著特點是其具有較大的比表面積、發達的孔隙、而且有較窄的孔徑分布、吸附速度快、吸附能力大和容易再生等特點，它的纖維外型以及獨特的特性能可以作為紗、線、布和氈的原料等，這就在生產流程設備的簡化和具體的工業使用帶來很大的簡便性。在空氣凈化和廢水處理、制作化學防毒服和防毒面具、吸附放射形物質及微生物、回收微量貴重金屬等領域，活性炭纖維也同樣得到了廣泛的應用。本文擬對活性炭纖維用于等溫吸附平衡進行研究求算模型參數以及ph值對活性炭纖維吸附氯苯酚影響的研究，并且對活性炭纖維固定床等溫吸附突破曲線和活性炭纖維的填充床

16、的再生做了較詳細的研究。通過此實驗為現實工業中該類廢水的處理方法提供了理論依據。目前，保護環境已經成為人類的共識，處理含酚廢水已經迫在眉睫，此方法為改進處理含酚廢水技術提供根據。相信會在實際工業生產中有實際價值。第一章.文獻綜述1.1 酚類化合物危害概述酚類化合物是易分解的有機毒物：（1）它的生物毒性：酚是一種高毒的污染物，低濃度的酚可使蛋白質變性，高濃度的酚可使蛋白質沉淀，酚對各種細胞有直接的損害作用，對皮膚和黏膜有強烈的腐蝕作用，酚的嗅覺閾值為25mg/l,酚的許多衍生物有很低的嗅覺閾值,如氯酚為0.001-0.0005mg/l；甲酚為0.0025mg/l。所以被酚污染的魚類等食品最容易被

17、人們察覺和厭棄。長期引用被酚污染的水源可引起頭暈、出疹、瘙癢、貧血及各種神經系統疾病。（2）酚的來源及污染：與氰化物相似，酚在自然條見下也普遍存在。估計有兩千多種，但其含量低，主要來自糞便和含氮有機物在分解過程中的產物，高濃度的酚只可能來自人類的生產活動。以工業上的“三廢”形式進入環境。由于生產的原料、工藝、管理放法的不同，酚污染源排放酚的種類、數量和濃度也各不相同。大量高濃度的含酚污水，主要來自焦化廠、煤氣站、絕緣材料廠、化工廠、煉油廠、樹脂廠、玻璃纖維廠、制藥廠等。其濃度在18*mg/l之間變化。廢水的含酚量極其特性，隨工業種類不同而不同。就是同一工業也可能有所差異。焦化廢水成分復雜。含有

18、酚、氯酚、苯氧基酸且化學需氧量高，廢水中含揮發酚16003200mg/l，不揮發酚300500mg/l，煤氣發送站廢水，當采用煙煤 為汽化燃料時，水質十分不好，ss含量高，含揮發酚10003200mg/l,這種廢水排入江河,對生物農作物均有危害.如果飲用水源含酚,對人體健康十分不利.因此,消除酚害是治理三廢的一個重點.1.2 含酚廢水的處理方法含酚廢水由于來源不同，處理時常分為三類，以便有針對性的選擇處理方法，也就是按酚的濃度高低，分為高濃度、中等濃度和低濃度含酚廢水。1.2.1 高濃度含酚廢水的處理方法高濃度含酚廢水常用溶劑萃取法和蒸汽吹脫法。但應用這些回收產品的方法，選用時要同時考慮酚鈉鹽

19、的銷路。否則將導致回收產品銷路不暢而停產。一、溶劑萃取法多年來，國內外對含酚廢水的處理與回收進行了大量的研究工作，提出并且實施了多種治理方法。其中，溶劑萃取是常用的廢液脫酚方法。萃取法適用于從高濃度廢水中（c1000mg/l）回收酚類物質。不僅可回收揮發酚，也可回收不揮發酚。萃取脫酚常用的萃取劑是苯、重苯、重溶劑油、取代乙酰胺、醋酸乙脂、異丙醚、苯乙酮、磷酸三甲酚等。其中萃取劑具有效率高、損耗低、無毒、水溶性小、長期運轉不易老化等特點。它可使含分量（mg/l）為幾千的工業廢水降至幾百或幾十。因此，國內目前一般采用萃取加生化或萃取加吸附等多級回收治理方法。使高濃度含酚廢水降至允許的排放標準。萃取

20、時廢水中酚與形成分子間氫鍵締合物，所形成分子間氫鍵締合物被萃入有機相后，用一定濃度的氫氧化鈉溶液進行反萃取，有機相中酚與氫氧化鈉溶液形成溶于水相而不溶于有機相的酚鈉。依據可逆絡合反應萃取分離極性有機物稀溶液的基本原理。通過工藝研究。采用高效qh型絡合萃取脫酚溶劑，以見用絡合萃取法處理工業含酚廢水工藝的報道，利用混合型絡合萃取劑。通過2-3級錯流萃?。ㄓ退葹?：1），可是廢水中殘留酚類濃度低于0.5mg/l，可以達到國家規定的排放標準。此法效率極高，可回收98%99%的酚。二、蒸汽吹脫法根據揮發性酚類可以和水蒸氣一起蒸出，可以采用蒸汽吹脫法回收揮發性酚類，揮發酚多指沸點在230以下的酚類。通常

21、指一元酚，這種方法不適用于不揮發酚類的回收。回收揮發性酚類時，要將廢水ph值調節到4左右，以使廢水中的酚鹽轉化為酚，并加藥劑（如硫酸銅）沉淀硫化物。不讓硫化氫混入揮發酚，回收設備用水蒸氣蒸餾裝置。這種方法回收的揮發性酚類要進一步分離水分后，才能資源化。常以堿法濃縮結晶得到酚鈉，作為化工產品使用。理論上講，此法可定量的分離出揮發性酚類，但工程實施時，只需達到排放標準就可以了。由于蒸汽吹脫法耗能大，一般只適用于高濃度含酚廢水的處理，如廢水中揮發性酚類組成復雜，回收得到的酚鈉就難以資源化。1.2.2 中等濃度含酚廢水的處理方法中等濃度含酚廢水，從經濟觀點來看這種濃度的酚已經沒有必要進行回收。含酚55

22、00mg/l的廢水均屬于中等濃度含酚廢水。在次類含酚廢水不雜其他毒性物質時（或以預先除去）的情況下，廣泛采用生物法進行處理，生物法包括：氧化塘、氧化溝、滴濾池、生物膜法及活性污泥法。一、活性污泥法該法是以活性污泥為主體的廢水處理方法。該法是廢水生物處理中使用最廣泛的一種方法.它于1914年在英國曼徹斯特建成實驗場以來已有八十多年的歷史了.隨著生產和應用的不斷改進,特別是近四十多年,在對其生物反應和凈化機理進行廣泛深入研究的基礎上,該法得到了很大發展.現以成為有機性污水處理的主要方法.活性污泥法凈化廢水包括兩個過程:有微生物的代謝反應和活性污泥的物理化學作用.二、生物膜法該法是一種利用生物膜進行

23、人工生化處理的方法，經處理后污水可以排放或污水灌溉。常使用有塔式生物濾地、生物轉盤及氧化塘等。以及活性污泥及生物膜之間的生物接觸氧化法等。用于治理生化法等工藝.采用氯化加石灰的方法酚的祛除率可幾乎近100%，氯化時只需加入高濃度的氯以便把酚除盡。氯化時必須在ph7的情況下進行。否則會產生有毒的氯酚。用此法處理含酚5mg/l的再生焦場廢水，可得可殘留酚的排水，另外，臭氧和二氧化氯用作除酚氧化劑，效果也很好。其他用于去除中等濃度含酚廢水的方法也有被采用，其中活性炭吸附法，可于生物法相競爭。它具有不受負荷波動影響而效果始終一致的優點。1.2.3 低濃度含酚廢水的處理方法低濃度含酚廢水一般也采用生物化

24、學法，在有條件時，也可將廢水與生活污水合并處理，以取得培養生物的養料。生化處理法有活性污泥法、生物膜法和生物塘之類。在一般情況下，活性污泥法比生物膜法處理效率高（脫酚率達98%）。生物處理通常能將酚類濃度降到0.51.0mg/l，其他方法也可將酚濃度脫至1.0mg/l以下。對于這類含酚廢水的處理，一般都以化學法或物化 法來代替生物法?；钚蕴课椒ㄗ鳛榈谌愄幚砉に嚕瑢哿糠拥拿摮绫怀浞挚隙?，據報道，100kg活性炭可能脫除0.525kg的酚類。此法在ph值較低下，對酚類的脫除最為有效。因為酚類是有機弱酸。1.3 活性炭纖維簡介活性炭屬類石墨物質，是微晶炭的變型，晶體表面上的炭原子與體相炭原子

25、處于不同電子能級狀態，活性炭與各種物質相互間有化學物理吸附作用。作為重要的吸附劑在化工，環境保護等許多方面得到廣泛應用。諸如，工業上用于捕集有機溶劑、脫除氣體、排除毒性物、溶液脫色、污水及循環水的凈化當生產領域。在環境保護技術領域活性炭吸附法占重要領域。其中，活性炭在飲用水制備及天然水凈化過程中的需求日益增長，隨著工業發展及城市人口增加、淡水僅缺、水資源開發利用和節水工程迫在眉睫。碳是一種擁有悠久歷史的久遠材料，而對炭纖維的使用，也同樣可追溯到愛迪生發明電燈絲的時代。但活性炭纖維作為一種新型碳材料，研制于本世紀60年代?；趯Ω咝阅芴坷w維研究，具有獨特化學結構、物理結構、吸附性能優異的新型纖維

26、狀活性炭材料研制成功于20世界60年初成功研制。相比于傳統活性炭材料，活性炭纖維優異的結構性能遠超于原來的碳纖維，主要表現在較高的含碳量、較大的比表面積和豐富的微孔，有表面官能團數量巨大。這種物理構成上的特點就能夠對各種有機和無機氣體、水溶液中的有機物、貴重金屬離子等有較大的吸附量和吸附速度、容易重新生成。粘膠基，聚丙烯睛基，瀝青基，酚醛基等四種是目前工業領域主要用作活性炭纖維前驅體的有機纖維。每種原料纖維都有各自不同的炭化和活化特性，所以用相應材料制成的活性炭纖維表現出的的特點就有所不同。不同原料生產的活性炭纖維的主要優缺點如表直至今日，在國民經濟和人民生活方面（特別在防治環境污染、保護人民

27、生命和健康方面）中，活性炭纖維越發顯示出他的重要作用，在溶劑的成功回收、凈化廢水廢氣、毒氣毒液、放射形物質及微生物等的吸附方面得到了廣泛和，生物酶固定，貴金屬回收以及制造新型電容電池等方面同樣可以看到活性炭纖維的突出作用。表1不同原料生產acf的主要優缺點 種類主要優缺點鉆膠墓原料低廉，但收率低.，強度低，生產工藝較復雜pan基結構中含氮，對硫氮系化合物有催化作用，具有高吸附性能強度高，工藝簡單、成熟酚醛基攤料價廉，收率較高，工藝簡單不需要進行預處理瀝青基原料價廉，收率高，雜質多不易制得連續長絲，深加工困難草強度低1.3.1 活性炭纖維的組成和性能一、活性炭纖維結構特點活性炭纖維主要由炭原子組

28、成 ，類似于石墨微晶片層的亂層堆疊樣式存在是炭原子主要的組織形式。微晶片層有較小的平均微晶尺寸；從三維空間的角度看，有序性較差。除了炭原子外，活性炭纖維還含有少量氫和氧等元素。發達的表面積、數量眾多的微孔及分布狹窄的孔徑是活性炭纖維的另一個顯著特點。活性炭纖維的表面積高達10003000/g，微孔體積占總孔體積的90%左右。大部分的微孔的孔徑在10a左右，所以不存在大孔和過微小的過濾孔。從實驗中可以看到，若使活性炭纖維比表面積明顯增大，可令它的活性溫度上升、增加活化劑濃度、時間延長。二、活性炭纖維優異的吸附特性1. 吸附容量大活性炭纖維對有些蒸汽有較大的吸附量，像正丁基硫醇等此類具有惡臭氣味的

29、物質，其吸附量與顆粒狀活性炭相比大幾倍甚至幾十倍不等；對水溶液中含有的無機物、各種染料、有機物（如酚類物質）及重金屬離子有較高的吸附量，吸附量均比顆粒狀活性炭高；對微生物及細菌也有優良的吸附能力；對大腸桿菌的吸附率達94%99%。2. 當吸附質濃度低時效果尤佳活性炭纖維對低濃度的吸附質時吸附能力極其優良，即使對ppm級吸附質依然可以保持很高的吸附量，而當顆粒狀活性炭等吸附劑材料在極低濃度時吸附能力會顯著降低。3. 較快的吸附速率針對于氣體的吸附情況下，通常可以在數十秒或數分鐘內實現吸附平衡；對于液體的吸附，也僅在幾分至幾十分鐘內就可以達平衡。如活性炭纖維對溴的吸附只需幾十秒就可以達平衡。相比之

30、下，顆粒狀活性炭則需104105秒，兩者相差到2至3個數量級。1.4 活性炭纖維在生活中的應用對活性炭纖維的應用涉及方方面面，在有機溶劑的回收裝置、污水的凈化處理，有害有毒氣體的凈化以及處理中，電子電器材料的制作使用中都可以得到有效利用。1.4.1 水處理方面的應用在工業用廢水處理過中，活性炭纖維發揮了主要作用，去除氣體及惡臭物質，在各種水溶液中的無機物和有機物，以及貴重金屬離子，微生物及細菌，諸如此類的低濃度吸附的回收應用。同時利用吸附容量大、吸附速率快、服附速率快、灰分含量小、處理量較大、而且使用時間長的優點對凈水進行處理。一、有機廢水的處理 活性炭纖維也可以用于各種有機廢水的凈化處理，可

31、對含有氯的廢水、制藥廠產生的廢水、含有苯酚的廢水、各種有機染料廢水、四苯廢水、己內酰胺廢水、二甲基乙酰膠和異丁醇廢水進行處理，其吸附能力遠高于粉末活性炭的吸附能力。在高平衡濃度時，活性炭纖維的吸附能隨著溫度的升高而提高，每克活性炭纖維的吸附量與粉末活性炭比率為3：1。二、對無機廢水的處理活性炭纖維在與金屬離子反應時，表現出較好的吸附性能，可對含在水中的銀、鉑、汞、鐵等多種離子較好吸附，并能將其還原。在大部分情況下，活性炭纖維對這些金屬離子的吸附可以在氧化還原反應條件下大大提高。三、凈化飲用水方面 隨著城市人口的迅速增多，飲用水的供應出現明顯不足，所以對廢水的處理變得尤為重要?；钚蕴吭趪鴥扔糜?/p>

32、凈化三鹵甲烷廢水，盡管如此，它的有效去除率僅為40。在對地下水的檢測結果中可以看出，已經含有很多種氯化物，這些溶解在水中的氯化物對人體有較強的致癌危害?；钚蕴坷w維可以處理此種自來水中的含氯物質，當水中的三氯乙烯的濃度為10-3kg/m3時，用活性炭纖維進行去除處理，活性炭纖維的吸附量與粒狀活性炭的比率為4：1，而實際處理中過程中的空速可達到100 ，要比活性炭纖維大一個數量級。目前活性炭纖維在生活中得到了廣泛應用，例如凈水器，特別是載銀活性炭纖維具備吸附和滅菌的雙重能效。在對大腸桿菌進行吸附過程中，其吸附量會隨含銀量增加、比表面增大而增大。此種方法同樣可以對于水中的其它微生物的吸附，效果同樣非

33、常明顯。 四、溶劑回收方面利用活性炭纖維的吸附量大的特點，它也同樣可以用于活性有機溶劑的回收再利用，主要表現的特點是脫附速率快，脫附溫度不高。在回收吸附過程中，活性炭纖維能在低濃度的廢氣中回收有機溶劑，同時把依然有反應活性的有機溶劑進行吸附，相對而言，粒狀活性炭在對有機溶劑進行吸附時不能完成有效地回收。在此項吸附中，利用金屬雜質較粒狀活性炭纖維而言要少很多，才能達到有效回收有機溶劑的目的，同時也盡量避免吸附過程中伴隨發生的催化聚合作用，而熱分解反應和催化聚合等化學反應在脫附過程中不會發生，在全部過程中，活性炭纖維的脫附速度快，反應效果好而徹底、耗時短、耗能小。所以根據此種特性，在溶劑的吸 收裝

34、置以及軍用 化學 防 護服等領域，為了對成本有達到有效，活性炭纖維也 可用于二級吸附材料。1.4.2 電子器材和產品方面的應用在電子工業中，活性炭纖維也得到了廣泛應用，尤其突顯在高新技術上領域，它可生產各種高效節能的小型電容器，電池產品的部件，這些都是利用活性炭纖維比表面較大，孔徑狹窄以及適中和導電性能才能完成的。在類似集成電路和超大規模的集成電路這種雙層電容器中，活性炭纖維制造成的電容器其容量是普通的鋁電解電容器的一百萬倍，所以更適合用于小型存貯用的永久性電源，高效地避免了停電等事故中計算機的意外損害，減少不必要的經濟損失。此外，活性炭纖維在大電流放電地多層電子表容器中也作用明顯、在電子和能

35、源方面可用于制造高性能的電容、電池的電極等。1.4.3 活性炭纖維發展前景日本是開發活性炭纖維最早的國家，對于有機物炭化技術的實際應用早在20世紀70年代就已經深入開展，由于它從多方面符合人類對于自然環境的要求，所以各國研究人員對此類物質進行了密切關注。發展至今，此類項目已成為世界各國開發的焦點項目之一，而且已經進人工業化的生產時期，產能總量高達千噸。國內的情況，早從上世紀八十年代開始投人力物力進行大量研究，發展至90年代末期初見成效，國內的產能已達到百噸，真正進人工業化生產階段。雖然如此，我國對活性炭纖維的探索應用還遠未見藍圖，生產和開發還都處在初始階段，可以進一步開發在水處理、空氣凈化、化

36、學物質的吸附應用方面領域的潛力，在社會環境不斷進步的當下，各項保護性法規逐步完善和確立，這也標志著綠色化學時代的真正到來，而活性炭纖維也必將在新的社會環境下發揮更加突出的作用、呈現光明的發展前景。1.5擴散機理與擴散方程一般情況下,我們將吸附質在吸附劑內的擴散分為表面擴散和孔擴散。表面擴散是二維擴散，是細孔壁表面上吸附質的濃度梯度作為推動力的，擴散速度方程為： （2.1）孔擴散是吸附質通過細孔內溶質進行擴散而移動的現象，其推動力是孔內溶液濃度梯度。根據費克定理對應的擴散速度方程為： （2.2）1.5.1吸附平衡原理一、吸附機理因為處于固體表面的分子或原子受力不均衡的原因，而產生有剩余的表面能。

37、吸附就是發生在某些物質在碰撞固體表面過程中，因為受到某種不平衡力的吸引作用從而停留在固體表面上。這里的固體就視為吸附劑，而在碰撞中被固體吸附的物質則視為吸附質。通過這個吸附的過程，結果是吸附質在吸附劑上產生凝聚，相應的吸附劑的表面能隨之降低?；瘜W鍵力和靜電力是存在于吸附劑與吸附質之間的作用力，不同于分子之間的引力，吸附又可以按照固體表面吸附力的差異，具體細分為物理吸附、化學吸附、離子交換吸附等三種吸附類型。1、物理吸附物理吸附就是吸附劑與吸附質之間相互通過分子間力而產生的吸附，又由于分子間力是一種普遍存在的力，它存在于各種吸附質與吸附劑之間，所以說物理吸附是一種非常常見的吸附現象。因為在此吸附

38、過程中，物理吸附的吸附速度與解吸速度都較快發生，所以不具備選擇性，這種反應也較容易達到吸附平衡狀態。所以通常低溫的情況下，主要發生的吸附是物理吸附變化。2、化學吸附化學吸附是指吸附劑和吸附質之間因為化學鍵力作用而引起的吸附平衡。由于化學鍵的分子特征，在吸附過程中，顯示出其具有一定的選擇性，所以不易發生吸附與解吸，達到平衡滿。因為化學吸附在反應中產生很多的熱量，原理與化學反應相似，溫度越高，化學吸附速度越快，所以在高溫下適合進行化學吸附。 二、吸附平衡解吸和附吸是相互可逆的過程，在廢水和吸附劑充分溶解在一起時，吸附和解吸同時進行，吸附質被吸附劑吸附，相對而言，一部分吸附到吸附劑上的吸附質因為熱運

39、動的結果，有能力脫離吸附劑的表面，重新回到液相中去，前者就稱為吸附過程，后者就稱為解吸過程。而吸附平衡則是指吸附速度等于解吸速度時，可理解為單位時間內吸附的數量和脫吸的數量相等時，則液相中的吸附質的濃度和在吸附劑表面上的濃度都持續不變時，就達到了吸附平衡。此時，在液相中吸附質的濃度就為平衡濃度。固體吸附劑吸附能力的大小可用吸附量來衡量，吸附量的測定方法如下：在一定體積v（l），和一定濃度（mg/l）的廢水中，投加一定量的吸附劑m(mg)，經攪拌混合，知廢水濃度（mg/l），不再改變，即達吸附平衡。然后按下式計算，q式中 x吸附劑吸附的溶質總量；一、吸附等溫平衡曲線類型1.優惠吸附等溫線 這種曲

40、線斜率的增長趨勢，隨被吸附組分的濃度的增加而減少，即0，吸附質分子和固體吸附劑分子之間的親和力隨溶液組分平衡濃度的增大而降低。當t=0時，床層進口隨著輸入原料先形成直線的濃度波，隨著繼續進料，濃度波向前移動從優惠吸附等溫線的上一段可以看出，組分濃度增加，吸附劑的吸附量相映減少故高濃度的另一端移動要快。隨著時間的增加，傳質區變的越來越窄小，床層的有效利用率增加。2.線性吸附等溫線 這種曲線的斜率為定值，不因吸附質濃度的增加而變化為通過坐標軸原點的一條直線。3.非優惠吸附等溫線 這種曲線斜率的增長趨勢，隨吸附組分濃度的加大而增加，即0。當吸附床層開始進料時，在床層入口處形成直線的濃度波。當濃度波向

41、前移動時，可以看出，吸附組分濃度增加，吸附劑的吸附量迅速加大，濃度波中濃度較高的一端比濃度低的一端移動慢。隨著時間的推延以及傳質阻力的影響，傳質區不斷變寬，濃度波前沿不斷延伸，這對吸附操作不利。值得注意的是吸附時為優惠的吸附等溫線，脫附時則為非優惠的吸附等溫線故在選擇吸附劑時，要同時兼顧吸附和脫附過程。常見的吸附等溫線如圖（2-1），(mg/g)優惠形 c(mg/l) 沿床層高(mg/g) 線性吸附c(mg/l) 沿床層高(mg/g) 非優惠形 c(mg/l) 沿床層高圖（2-1） 吸附平衡曲線形式圖1.5.2 吸附等溫線的經典模型一、henrry模型在物理吸附過程中吸附質與吸附劑不發生化學反

42、應。吸附速度較快，henry模型是一種線性關系： （2.3）二、frundlish模型此模型對吸附質濃度限制較高，被吸附相和吸附相之間的平衡關系符合下列方程： （2.4）三、langmuir模型此模型是最為常用的一種模型，它的基本假設為：1.吸附劑表面各處的吸附能力是一致的；2.活化中心只能吸附一個活化分子；3.吸附活化能和脫附活化能與表面吸附的程度無關；4.被吸附分子間相互不影響，也不影響空位對流體相分子的吸附。 其吸附方程為： （2.5）1.6 固定床吸附器1.6.1 固定床吸附器的基本原理因為固定床吸附器中的固相吸附劑是固定不動的，但是吸附過程是一個非常復雜的非穩態傳質過程。在整體的操作

43、過程中，可以改變操作狀態，對床層內吸附質的濃度分布和床層內各處液體的濃度進行改變。通過相應的床層中的濃度分布形成不同區域，可將發生在固定床吸附器中的吸附傳質過程大致可分為三個不同的時期， 1.在固定床的頂部形成傳質區的時期，見圖（2-2-a）：假設流體的吸附質濃度為y0，當吸附劑從高度為h的固定床頂端不斷流下時，開始吸附劑中并不含有吸附質。而在流入吸附質時，處于床層最頂端的吸附劑可以較快的吸附吸附質。同時，因為接觸的瞬間較短，而吸附速度不可能無窮大，不可能在短時間內達到吸附平衡，所以就會在固定床的頂端入口處，出現吸附質濃度由大變化到峰值，再于峰值變化到零的吸附區。由于流動的特性，在頂端區域內吸

44、附質濃度會有規律的分布，假設陰險器高度理想狀態高度， 吸附質將全部在反應器內反應完畢，全部吸附。在流體連續不斷的流入吸附器之前，入口處的吸附劑未達到飽和狀態；當流體的不斷地加入吸附器時，其內任意一處的吸附質的濃度將隨著時間累計而不斷變大，同時該區的高度也隨之增加，變化狀態將一直持續到固定床中流體入口處的吸附劑達到飽和狀態為止。在此狀態下，由入口處向下的吸附質濃度的區別分布是從由飽和至零的區域，這段區域即稱為吸附傳質區（簡稱為mtz）。從流體開始加入時起，直至達到此狀態的全部耗間，即為傳質區形成時間，傳質區高度hmtz是指床層中傳質區的高度。從此時開始，因為流體的不斷注入，盡管吸附傳質區將不斷下

45、移，但是傳質區整體高度基本不變。在傳質區逐漸形成的過程中，保證床層達到理想高度，可將吸附器劃分為兩個區域：傳質區、未用區，吸附傳質過程只反應存在于傳質區域內。2 .固定床的傳質區的移動階段,見圖（2-2-b）：在傳質區逐步產生以后，因為要繼續加入新的流體，所以傳質區會不斷向下移動，在其后便形成飽和區，而且隨著流體的注入不斷變大。所以，只要床層能夠達到理想高度，就可將整個固定床吸附器自上而下分為三個不同的區域：最上為飽和區，中間為吸附傳質區，最下為未用區。在固定床吸附器中，有兩個區域不會發生吸附傳質過程：其中飽和區內的吸附劑已經飽和，以及未用區內的吸附劑中還不曾吸附吸附質，所以各自濃度為原始濃度

46、，吸附傳質過程只有發生于吸附傳質區域內。根據吸附器中的吸附情況，可以繪制吸附負荷曲線，它在傳質區內吸附劑產生了隨高度不斷變化的吸附質濃度分布，吸附區類似波曲線，因為流體的加入而不斷向下推動，所以又可以稱為吸附波。當形成吸附波之后，吸附波的波形（濃度分布）就不會因為流體的繼續注入而改變，同時按照恒定不變的速度（定義為傳質區的移動速度）向前移動。該移動速度比流體流過床層的線速度小的多。在傳質區移動期間，經過測定流出液當中含有的吸附質濃度近似為零，直至傳質區的底部到達床層的末端。此時流出液中，吸附質的濃度將突然上升到一個可觀的數值，吸附操作達到了所謂的“穿透點”。3.傳質區開始離開固定床直至完全離開

47、時期見圖（2-2-c）：流出物中吸附質濃度由yb至y0的時期是傳質區開始離開至完全離開吸附器的時期。相應的時間為至流出量為至。y隨w（或時間）的變化關系呈s形曲線，稱為穿透曲線，可以通過實驗確定。當傳質區離開固定床后；見圖（2-2-d），整個吸附器都成為飽和區，失去了吸附能力，有待于吸附再生。由于透過曲線易于測定，因此可以用它來反映床層內吸附負荷曲線的形狀，而且也可以較準確的求出破點。如果透過曲線比較陡，則說明吸附速度較快。影響透過曲線形狀的因素較多，除吸附劑和吸附質的性質外，其他參數，如溫度、壓力、濃度、ph值、移動相流速、流速分布、影響流動狀況的諸因素，設備和吸附劑尺寸大小，以至于吸附劑在

48、固定床層中的裝填方法等都會產生不同程度的影響。飽和區飽和區 飽和區 飽和區傳質區 傳質區未用區 未用區 傳質區（a） (b) (c) (d) 圖2-2 固定床傳質圖1.6.2 固定床中吸附質傳遞的描述及假設固定床中吸附質傳遞過程可如下描述：吸附質在吸附劑內表面的吸附;吸附質在吸附劑間的軸向擴散；吸附質從溶液到吸附劑外表面的傳質；吸附質在吸附劑內孔中的擴散。為了使模型簡化，實驗中作了如下假設：吸附質在吸附劑上的吸附過程是可逆的；整個圓柱形固定床在實驗過程中是恒溫的；每個活性炭纖維外表面條件相同；床層壓降忽略不計；僅考慮軸向擴散。1.6.3 固定床內液相質量衡算方程的建立一、 i組分物料衡算方程實

49、驗中在床層的軸向上取z和z+dz間的小微元體， 對于這一微元體作物料衡算（取i組分）i組分輸入床層z截面的速率為: （2.6）i組分輸出床層z+dz截面的速率為： （2.7）床層微元體積為atdz內i組分的積累速率為： （2.8）從物料衡算關系得： （2.9）則i組分物料衡算式： （2.10）式中： 初始條件：ci（2,t）=0 邊界條件：； 二 從溶液到活性炭纖維外表面的傳質方程由傳質公式： （2.11）忽略吸附劑外表面吸附，n0遵守費克定律: （2.12）三、粒子孔中的擴散方程吸附質在活性炭纖維吸附劑內孔空間中的吸附偏微分方程仍通過質量守衡定律、菲克定律理論求取。在小體積微元dr內吸附質是

50、由外向內擴散的，在單位時間內通過半徑為r的圓柱面內離開小體積元dr的吸附質的質量為： （2.13）同時單位時間內通過半徑r+dr的圓柱面向小體積元輸入的吸附質的量為： （2.14）在圓柱殼內累計的吸附質的量為： 式中：p 吸附劑的視濃度， kg/m3根據質量守衡定律 ： （2.15）兩邊同時除以整理得： （2.16）初始條件：t=0, ci=0, qi=0；邊界條件： ； 吸附劑內表面的吸附方程可用langmuir方程來表示： （2.17）由此，我們建立了描述無限長圓柱形吸附劑填料床的方程模型，即： （2.18） （2.19） （2.20） （2.21）邊界條件及初始條件： t0 r=0 t=

51、0 z=0 c=0 t=0 r0 ci=q=0擾動進樣的邊界條件及初始條件： t0 z=0 c=c0 t0 c=0四、固定床模型的求解對方程一些變量無因次化及固定模型假設，設： x=ci/c0 y= c/c0 w=q/q0 代入方程10、11、12、16、8整理得 (2.22) (2.21) (2.22) (2.23)初始邊界條件： 在這里也符合langmuir方程，即 （2.24）在acf填充床吸附氯苯酚的過程中外擴散和內擴散阻力可忽略不計，主要控制過程為主體流動即吸附劑之間的擴散過程。則方程18、19可忽略將方程21代入17中，積分可得出方程： （2.25）第二章.實驗所用藥品儀器和所用溶

52、液的配制2.1 實驗藥品1、活性炭纖維；2、對氯苯酚；3、濃氨水； 4、4氨基安替比林；5、鐵氰化鉀；6、氯化銨；7、蒸餾水；8、氫氧化鈉 ；9、濃鹽酸（37%）實驗所需主要藥品列于表2-1中。表2-1 實驗所需原料化學試劑規格來源聚丙烯（pp）工業級大慶石化公司過氧化二苯甲酰（bpo）化學純上海山浦化工有限公司甲基丙烯酸縮水甘油酯（gma）分析純北京化學試劑公司苯乙烯（st）分析純天津市大茂化學試劑廠丙烯酰胺（am）分析純天津市大茂化學試劑廠二甲苯分析純沈陽市華東試劑廠甲醇分析純沈陽市華東試劑廠氯仿化學純沈陽市華東試劑廠丙酮分析純沈陽市華東試劑廠n299.9%大慶雪龍公司2.2 實驗儀器與設備實驗所需主要儀器列于表2-2中。表2-2 實驗所需儀器實驗儀器型號來源