Wykład 6 - ADSORPCJA

ODNOWA WODY

Wykład 6 - ^ADSORPCJA

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

µ-zanieczyszczenia ChZT

oleje, detergenty

barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie

barwniki elazo, mangan

metale ci kie CH₄; H₂S

8.

cieki

Woda w przyrodzie

Woda-

Tlenek wodoru

organicznenie- detrytus

Wody powierzchniowe, wgł bne; cieki- skład

Próbka wody

0,5 µµµµm

Rozpuszczone Zawiesina

organizmy organiczne

s. biogen.

m. ci kie j.główne aniony

bakterie bezkr gow.

całkowite

(ChZT, RWO) kwasy humusowe ekstrakt eter

mikro-zaniecz.

(WWA, PCB ...) aminokwasy, cukry rozp.gazy

kr gowce

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

µ-zanieczyszczenia ChZT

oleje, detergenty

barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie

barwniki elazo, mangan

metale ci kie CH₄; H₂S

filtracja (powolna) sedymentacja cedzenie

dezynfekcja wi zanie

chemiczne

sorpcja

utlenianie koagulacja

napowietrzanie

sedymentacja filtracja (szybka)

8.

1. Definicja

a) proces jednostkowy b) zjawisko

Adsorpcja

2. Przyczyny

a) energia wewn trzna układu b) ciepło adsorpcji

c) hydrofobowe – hydrofilowe (apolarne – polarne)

1. Definicja

3. Rodzaje adsorpcji

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

(siły elektrostatyczne)

c) chemisorpcja (wi zania atomowe)

2. Przyczyny

4. Adsorpcja fizyczna

– odwracalna

– bez lokalizacji oddziaływa

3. Rodzaje adsorpcji

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 D

F dt -

dn

0 0

= 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 D D

K , ,

d , D f

dL dc 4

D d

e

e 2

2 e

ε

ε

=

Ε

=

Π

=

Φ 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 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 y = f(x)_T=const

m_a/m_A = f(C^a)_T=const

Empiryczne równanie statyki (Freundlicha)

x = k _T • e ^kp

m^a/m^A

C_r 1

2 3

4

Co-Ca/Co 1.0

0.0

Odległo

(szybko post pu frontu adsorpcji) 3 4

h

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

Izoterma adsorpcji m

/m

= f(Ca)

m_a/m_A

Ca x = f(y)_T=const

m_a/m_A = f(C^a)_T=const x = k_T • e^kp

Z_a

lg C_r ββββ Z_a = A + B lg C_r

tg ββββ = B A

za = kT • e^kp ln za = ln kT + kp

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↑

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

Odległo

(szybko post pu frontu adsorpcji) 3 4

1 u1

h =t

2 u2

h =t

H

C C₀

C_D

Filtr z GWA

1 2

1 2

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

Zwi zki mutagenne

— 100.000 zwi zków chemicznych antropogenicznych

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

— Ekstrapolacja MTD

Forma mikrozanieczyszcze

a) rozpuszczone i zawieszone b) efektywno usuwania

c) miejsce adsorpcji

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-PWA)

2. Proces dynamiczny (przepływ w filtrach-GWA)

.

.

A) Filtr z w glem aktywnym,

1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie, 3- dopływ cieków, 4- odpływ cieków

5- woda płucz ca, 6- popłuczyny

C dopuszczalne C

V-obj./t-czas

.

.

Vprzebicia

?

PWA Scieki

Zbiornik reakcyjny

Zu yty Oczyszczone PWA Scieki

St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

Ck Cr

czas(?)

PWA Scieki

Zbiornik reakcyjny

Zu yty PWA St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

CkCr

czas(?) .

.

Oczyszczone Scieki

Zu yty PWA

1. 2.

1.

2.

PWA

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

Zakres wiadomo ci z adsorpcji

1.Adsorpcja; definicja, absorpcja, poj cia, kinetyka, statyka, dynamika 2.Izoterma adsorpcji; osie,wypukła od dołu/góry

3.Izoterma Froundlicha; dla substancji hydrofobowych/hydrofilowych 4.Adsorbenty; rodzaje, regeneracja

5.Praktyka adsorpcji