Wykład 6 - ADSORPCJA

Technologia Wody

Wykład 6 - ADSORPCJA

1. Definicja

a) proces jednostkowy

b) zjawisko

2. Przyczyny

a) energia wewn trzna układu b) ciepło adsorpcji

c) hydrofobowe – hydrofilowe

(apolarne – polarne)

3. Rodzaje adsorpcji

a) fizyczna (siły van der Waals’a) b) wymiana jonowa

(siły elektrostatyczne)

c) chemisorpcja (wi zania atomowe)

4. Adsorpcja fizyczna

– odwracalna

– bez lokalizacji oddziaływa

Opis adsorpcji

a) zachodzi w sytuacji nierównowagi

dynamicznej (kinetyka: matematyczny opis przepływu)

b) osi ga równowag dynamiczn

opisan przez izoterm adsorpcji (statyka)

c) bilans materiałowy wynikaj cy

z kinetyki i statyki (dynamika)

5. Kinetyka adsorpcji

a) roztwór – warstwa graniczna

– konwekcja

– dyfuzja (zjawisko limituj ce)

F

– liczba Fouriera Pe – liczba Pecleta

( ^{1/F ; Pe} )

f

dc/dr FD

dt - dn

=

Φ

=

0 2

d t F = D ⋅

D Pe = ν ⋅ r

D – współczynnik dyfuzji r – rednica porów

v – pr dko przepływu

t – czas

a) warstwa graniczna

Pe « 1

zatem tylko dyfuzja

=

Φ

dr c ; d

D

f – strumie adsorbatu

c) na powierzchni adsorbenta

( )

l De D

K , d

De, f

dL dc De d

2 2

= Ε

Ε

=

Ε Π

= Φ

, 4

De – współczynnik

dyfuzji efektywnej Ε – porowato

L – gł boko wnikania d – rednica zast pcza K – jako kapilar

l – współczynnik

labiryntowo ci

6. Przybli one równania kinetyki

( )

l) , , t, v, Ki, K

(D, f

K

C - C

dt K dx

2 g

r t

g

ε η

= ,

=

C

– roztworu

C

– równowagowe

K

– ogólny współczynnik

przenoszenia

Statyka adsorpcji

– zajmuje si opisem stanu ustalonego (równowagi dynamicznej)

– stan ustalony tworzy si po upływie dostatecznie długiego czasu

– równowaga dynamiczna w stanie ustalonym zale y od temperatury

7. Statyka adsorpcji

a) równanie Freundlicha (do wiadczalne) b) teoria Langmuira (jednowarstwowa) c) teoria BET (wielowarstwowa)

d) teoria Dubinina (obj to ciowa)

WIRTUALNY EKSPERYMENT

- Adsorbent - Adsorbat

T - temperatura (stała)

t - czas (dostatecznie długi)

C_a - st enie adsorbatu w stanie równowagi (po czasie t)

m_A - masa adsorbentu m_a - masa adsorbentu

na powierzchni

Izoterma adsorpcji m

/m

= f(Ca)

m_a/m_A

Ca x = f(y)_T=const

m_a/m_A = f(Ca)_T=const

Empiryczne równanie statyki (Freundlicha)

x = k

• e

Z_a

C_r 1

2 3

4

Co-Ca/Co 1.0

0.0

czas

Z_a

C_r 1

2

3

4

Od czego zale y kształt izotermy adsorpcji

a) rodzaj substancji b) temperatura

c) skład roztworu

d) substancje współzawodnicz ce e) geometria adsorpcji

Ilo ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡≡≡≡ y/m)

c

K y/m = ∗

c lg 1/n K

lg y/m

lg = +

K, n – stałe empiryczne K↑, n↓ → y↑

Z_a

lg C_r ββββ Z_a = A + B lg C_r

tg ββββ = B A

Ilo ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡≡≡≡ y/m)

c

K y/m = ∗

c lg 1/n K

lg y/m

lg = +

K, n – stałe empiryczne K↑, n↓ → y↑

WWA benzen

benzopiren naftalen benzofuran

K 1/n

1 34 132 187

1,6 0,44 0,42 0,57

8. Dynamika adsorpcji

– czasowy i przestrzenny rozkład adsorbentu w zło u

– front adsorpcji

– szybko migracji frontu

Dynamika adsorpcji

– zajmuje si czasowym i przestrzennym rozmieszczeniem adsorbentu w zło u – zale y od statyki i kinetyki

– zale y od charakterystyki przepływu (d_z, εεεε_z, v_s)

Co-Ca/Co 1.0

0.0

czas .

1 2 1 2

1 u1

h =t

2 u2

h =t

H

C C₀

C_D

Filtr

1 2

1 2

Dynamika adsorpcji (c.d.)

0 0

0

x C

C u v

+

= ⋅

u - szybko migracji punktów st eniowych

9. Stosowane adsorbenty

a) krzemionka

b) zeolity (klinoptylolit) c) w giel aktywny

d) syntetyczne (Amberlit)

10. Praktyka adsorpcji

a) filtry

b) technika porcjowa

11. Regeneracja adsorbentów

a) termiczna

b) chemiczna

ABSORPCJA A ADSORPCJA

— podobie stwa

— ró nice

T OKSYKOLOGIA RODOWISKOWA

rodowisko i rak

— 200 chorób charakteryzuj cych si niekontrolowanym, bardzo szybkim wzrostem komórek

— przyczyny

a) predyspozycje genetyczne b) czynniki rodowiskowe c) czynniki nieokre lone

ad b) woda, ywno , powietrze, gleba ad b)+c) → 60 - 90 % zachorowa

— mechanizm

— inicjator (+ aktywator) ^{promotor→} rak

Forma mikrozanieczyszcze

a) rozpuszczone i zawieszone b) efektywno usuwania

c) miejsce adsorpcji

Zwi zki mutagenne

— 100.000 zwi zków chemicznych antropogenicznych

— Testy przed dopuszczeniem do u ycia (bakterie, ryby, zwierz ta – MTD)

— Ekstrapolacja MTD

Wytwarzanie WA

a) surowice (w giel drzewny, antracyt, pestki, ko ci ...) b) wypra anie bez dost pu powietrza

c) aktywacja d) utlenianie

11. Regeneracja adsorbentów

a) termiczna

b) chemiczna

Regeneracja WA

a) suszenie (200 °C) b) desorpcja (500 °C) c) piroliza (700 °C) d) aktywacja (800 °C)

Sposoby prowadzenia adsorpcji

1.Proces statyczny (technika porcjowa)

2. Proces dynamiczny (przepływ w filtrach)

.

.

A) Filtr z w glem aktywnym, 1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie, 3-doprowadzenie czynnika płucz cego, 4-odprowadzenie czynnika płucz cego 5-dopływ cieków, 6-odpływ cieków

C dopuszczalne C

V-obj./t-czas

.

.

Vprzebicia

PWA woda

Zbiornik reakcyjny

Zu yty Oczyszczona PWA woda

St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

Ck Cr

czas(?)

PWA Scieki

Zbiornik reakcyjny

Zu yty Oczyszczone PWA Scieki

St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

Ck Cr

czas(?) .

.

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA)

c C_a

c_u C_z

jednostopniowy

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)

c

c_u

dwustopniowy

C_z C_z

C_a C_a

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)

u

przeciwpr dowy

C_z C

C_a

Adsorpcja- zagadnienia

1.Definicja 2.Kinetyka a.

3.Statyka a.

4.Dynamika a.

5.Materiały 6.Praktyka a.