1 Production of Activated Carbon

(1)

§ 吸附處理 § (Adsorption)

S－Ｌ interface

吸附－利用固体內表面 or 外表面以吸取分子

常用吸附劑(adsorbent)－silica gel、activated carbon、

molecular sieve……

(礬土、白土……)

(2)

1 Production of Activated Carbon

活性碳之製造

材料－煤、木材、椰子殼等含碳物質

程序－去水(dehydration)：將原料加熱至 170℃→以除去多餘之水份(有時加入 ZnCl₂ or H₃PO₄ as 去水劑)

碳化(carbonization)：無 air 下△至 400~600℃→分解 or 揮發除去有機雜質 ( 如： tar 、 CH₃OH)，此等物逃出時造成內部

(3)

活化(activation)：將焦炭與 CO₂、air、steam 在 750~950

℃作用，除去(燒掉)不定形之焦油殘渣，使表面積↑，吸附能力↑。

活性碳分類－

依孔徑大小分

macropores－ φ＝ 5000～20000 Å transitional pores－ φ＝ 40～200 Å

micropores－ φ＝ 18～20 Å or less

(另可依外型分：PAC、GAC、FAC)

(4)

2 Factors Influencing Adsorption

吸附三步驟被吸物分子

由溶液 transfer 吸附劑表面 film diffusion

由吸附劑表面 transfer 孔內吸附位置(site) pore diffusion

附上吸附劑 adsorbed

(5)

*影響吸附反應速率及吸附程度之因子－

拌攪－有助於 film diffusion

吸附劑性質－size↓rate↑

capacity 正比於總表面積

≒f(size)

(∵大部份表面積皆在顆粒之孔隙內)

∴等重之同種 AC，無論為 powdered form or granular form 皆有同等之 capacity

被吸物之溶解度特性－易溶於溶劑(水)之物，較難被吸附劑 (AC)吸附（但有例外）

(6)

被吸物分子之大小－同系物 size↑吸附力↑

pH－低 pH 時，有機酸較易被吸高 pH 時，有機鹼較易被吸

T－ rate/extent＝f(T) T↑rate↑

T↑extent(吸量)↓^{(∵吸附為放熱程序)}

(7)

3 Physical vs. Chemical Adsorption

physical adsorption－

被吸物與吸附劑之 attachment 系由物理作用引起弱凡得瓦力

< -1 kcal/mole chemical adsorption－

(chemisorption)

被吸物與吸附劑之 attachment 系由化學作用引起

> -10kcal/mole ∵活性碳有些許官能基可與吸附物形成鍵結。

(8)

4 Adsorption Isotherms

等溫吸附

三種吸附模式

a. Langmuir’s isotherm b. Freundlich’s isotherm

c. Brunauer，Emmett，Teller (BET) isotherm

(9)

吸附模式吸附方程式

Langmuir 方程式

C k 1

C k q q

L L m

 

Fruendlich 方程式 qACⁿ

Toth 方程式 ^q^¹^^q^^^C^C^¹^

BET 方程式 s    s

0

C C 1 B 1 C C

C q Bq





 

(10)

《活性碳吸附例》

取 6 個燒杯，內皆裝有 200 ml、濃度為 250 mg / L 酚之污水，

並各加入不同重量之活性碳，測得其吸附後濃度值如下表所示。

求：

決定 Langmuir's isotherm。

用 600 mg 之活性碳將 200 ml 內含未知濃度酚之污水吸附至濃度剩 58 mg / L 時，其共去除掉之酚有多少 mg？

承，該污水之酚濃度原為多少 mg / L？

(11)

活性碳重量吸附後酚濃度值

（mg）（mg / L）

804 4.70 668 7.00 512 9.31 393 16.60 313 32.50 238 62.80

(12)

8.00 12.00 16.00 20.00

1/(x/m)