一、吸附概述

1.吸附机理

吸附法处理废水时，吸附过程发生在液—固两相界面上，是水、吸附质和固体颗粒三者相互作用的结果。吸附质与固体颗粒间的亲和力是引起吸附的主要原因。影响吸附的主要因素首先是吸附质的溶解度大小，吸附质溶解度越大，则吸附可能性越小；反之，吸附质越容易被吸附。其次是吸附质与吸附剂之间的静电引力、范德瓦耳斯力或化学键所引起的分子间作用力。由于这三种不同的力，可形成三种不同形式的吸附，即交换吸附、物理吸附和化学吸附，在废水处理中主要是物理吸附，有时是几种形式的综合作用。

交换吸附指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固着在这些带电点上的其他离子。离子所带电荷越多，吸附越强；电荷相同时，其水化半径越小，越易被吸附。

物理吸附指吸附质与吸附剂之间由于分子间力（范德瓦耳斯力和氢键）而产生的吸附。由于分子间力存在于任何物质间，故吸附没有选择性，且吸附强度随吸附质性质不同差异很大。范德瓦耳斯力较小，其吸附的牢固程度不如化学吸附，过程放热约42kJ/mol或更少。高温将使吸附质克服分子间力而脱附，所以物理吸附主要发生在低温状态下。可以是单分子层或多分子层吸附。吸附作用的大小是物理吸附的主要影响因素，除与吸附剂的性质、比表面积的大小和细孔分布有关，还与吸附质的性质、浓度及温度有关。

化学吸附指吸附质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物，吸附质分子不能在表面自由移动。吸附时放热量较大，为84～420kJ/mol，且有选择性，即一种吸附剂只对某种、某类或特定几种物质有吸附作用，一般为单分子层吸附。通常需要一定的活化能，在低温时，吸附速度较小。这种吸附与吸附剂的表面化学性质和吸附质的化学性质有密切的关系。被吸附的物质往往需要在很高的温度下才能被解吸，且所释放出的物质已经起了化学变化，不再具有原来的性状，所以化学吸附是不可逆的。

物理吸附后再生容易，且能回收吸附质。化学吸附因结合牢固，再生较困难，利用化学吸附处理毒性很强的污染物更安全。在实际的吸附过程中，物理吸附和化学吸附在一定条件下也是可以互相转化的。同一物质，可能在较低温度下进行物理吸附，而在较高温度下是化学吸附，有时可能会同时发生两种吸附。

2.吸附平衡

在吸附过程中，固、液两相经过充分接触后，一方面由于吸附剂不断吸附吸附质；另一方面吸附质由于热运动不断脱离吸附剂表面而解吸，最终将达到吸附与解吸的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附物质的量称为平衡吸附量。

在一定温度下，吸附剂吸附量随吸附质平衡浓度的增加而增加，这种吸附量随平衡浓度增加而变化的曲线称吸附等温线。根据试验可将吸附等温线归纳为如图5-1所示的五种类型。

(https://www.daowen.com)

图5-1　物理吸附的五种吸附等温线

图5-1中Ⅰ型的特征是吸附量有一极限值，可以理解为吸附剂的所有表面都发生单分子层吸附，达到饱和时，吸附量趋于定值。Ⅱ型是非常普通的物理吸附，相当于多分子层吸附，吸附质的极限值对应于物质的溶解度。Ⅲ型相当少见，其特征是吸附热等于或小于纯吸附质的溶解热。Ⅳ型及Ⅴ型反映了毛细管冷凝现象和孔容的限制，由于在达到饱和浓度之前吸附就达到平衡，因而显出滞后效应。

描述吸附等温线的数学表达式称吸附等温式。常用的有朗格缪尔（Langmuir）等温式、B.E.T.等温式和弗罗因德利希（Freundlich）等温式。在废水处理中，常用的是弗罗因德利希等温式，方程式如下：

式中：A——吸附量；

K——弗罗因德利希常数；

n——常数，通常大于1；

C——气体浓度。

上式虽为经验式，但与实际数据较为吻合。