หลักการดูดซับของถ่านกัมมันต์

การแนะนำของถ่านกัมมันต์

ถ่านกัมมันต์เป็นผงสีดำหรือวัสดุคาร์บอนที่เป็นเม็ด เนื่องจากการจัดเรียงที่ไม่สม่ำเสมอของไมโครคริสตัลลีนคาร์บอนในโครงสร้างของถ่านกัมมันต์ จึงมีรูพรุนระหว่างจุดเชื่อมต่อ-และข้อบกพร่องของโครงสร้างคาร์บอนจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างการกระตุ้น ดังนั้นคาร์บอนชนิดนี้จึงเป็นคาร์บอนที่มีรูพรุนที่มีความหนาแน่นรวมต่ำและ พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ วัสดุหลักของตัวกรอง

การผลิตถ่านกัมมันต์

วัตถุดิบหลักของถ่านกัมมันต์สามารถเป็นคาร์บอนได้เกือบทั้งหมด-วัสดุอินทรีย์ที่อุดมไปด้วย เช่น ถ่านหิน ไม้ เปลือกผลไม้ กะลามะพร้าว เปลือกวอลนัท เปลือกแอปริคอท เปลือกพุทรา ฯลฯ วัสดุคาร์บอนเหล่านี้จะถูกแปลงเป็น ถ่านกัมมันต์โดยไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงและความดันบางส่วนในเตาเผาแบบกระตุ้น ในระหว่างกระบวนการกระตุ้นนี้ พื้นที่ผิวขนาดใหญ่และโครงสร้างรูพรุนที่ซับซ้อนจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้น และ-กระบวนการดูดซับที่เรียกว่าจะดำเนินการในและบนรูขุมขนเหล่านี้ ขนาดของรูพรุนในถ่านกัมมันต์มีผลการดูดซับแบบเลือกสรรบนตัวดูดซับซึ่งเป็นเพราะโมเลกุลขนาดใหญ่ไม่สามารถเข้าไปในรูพรุนของถ่านกัมมันต์ที่มีขนาดเล็กกว่ารูพรุนของมันได้ ถ่านกัมมันต์เป็นตัวดูดซับที่ไม่ชอบน้ำที่ทำจากวัสดุที่มีคาร์บอน-เป็นวัตถุดิบ ซึ่งถูกทำให้เป็นคาร์บอนและถูกกระตุ้นที่อุณหภูมิสูง ถ่านกัมมันต์มีรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมากและมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถขจัดสีและกลิ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถขจัดสารมลพิษอินทรีย์ส่วนใหญ่และสารอนินทรีย์บางชนิดในน้ำทิ้งทุติยภูมิ ซึ่งรวมถึงโลหะหนักที่เป็นพิษบางชนิด

หลักการของถ่านกัมมันต์

1) หลักการกรอง

ตัวกรองถ่านกัมมันต์เป็นกระบวนการดักจับสารมลพิษในสถานะแขวนลอยในน้ำ และสารแขวนลอยที่ถูกดักจับจะเติมช่องว่างระหว่างถ่านกัมมันต์ ขนาดรูพรุนและความพรุนของชั้นกรองจะเพิ่มขึ้นตามขนาดอนุภาคของวัสดุถ่านกัมมันต์ที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ยิ่งขนาดอนุภาคของถ่านกัมมันต์ที่หยาบมากเท่าใด พื้นที่ที่สามารถรองรับสารแขวนลอยก็จะใหญ่ขึ้นเท่านั้น ปรากฏเป็นความสามารถในการกรองที่เพิ่มขึ้น ความจุในการกักเก็บสิ่งสกปรกที่เพิ่มขึ้น และการสกัดกั้นสิ่งสกปรกที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน ยิ่งรูพรุนของชั้นกรองถ่านกัมมันต์ที่ใหญ่ขึ้นเท่าใด สารแขวนลอยที่ลอยอยู่ในน้ำก็จะยิ่งลึกขึ้นเท่านั้นที่จะถูกส่งไปยังชั้นถัดไปของชั้นกรองถ่านกัมมันต์ ภายใต้เงื่อนไขการป้องกันความหนาที่เพียงพอ สารแขวนลอยสามารถกักเก็บได้มากขึ้น ทำให้ชั้นกรองกลางและล่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ฟังก์ชันการสกัดกั้นได้รับการดำเนินการอย่างดี และปริมาณการสกัดกั้นมลพิษของหน่วยเพิ่มขึ้น

กล่าวโดยเคร่งครัดว่า ความสามารถในการกักเก็บถ่านกัมมันต์สำหรับของแข็งแขวนลอยนั้นมาจากพื้นที่ผิวของถ่านกัมมันต์ เมื่ออัตราการไหลต่ำ ความสามารถในการกรองของเครื่องส่วนใหญ่จะมาจากผลการคัดกรองของถ่านกัมมันต์ และเมื่ออัตราการไหลเร็ว ความสามารถในการกรองจะมาจากผลการดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคถ่านกัมมันต์ ยิ่งยึดติดแน่น

2) หลักการดูดซับ

ตามแรงที่แตกต่างกันระหว่างโมเลกุลของถ่านกัมมันต์และโมเลกุลของสารก่อมลพิษในระหว่างกระบวนการดูดซับ การดูดซับสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: การดูดซับทางกายภาพและการดูดซับทางเคมี (หรือที่เรียกว่าการดูดซับแบบแอคทีฟ) ในกระบวนการดูดซับ เมื่อแรงระหว่างโมเลกุลถ่านกัมมันต์กับโมเลกุลของสารก่อมลพิษเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ (หรือแรงดึงดูดจากไฟฟ้าสถิต) จะเรียกว่าการดูดซับทางกายภาพ เมื่อแรงระหว่างโมเลกุลของถ่านกัมมันต์กับโมเลกุลของสารก่อมลพิษเป็นพันธะเคมี จะเรียกว่าการดูดซับเคมี . ความแข็งแรงในการดูดซับของการดูดซับทางกายภาพส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพของถ่านกัมมันต์ และแทบไม่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางเคมีของถ่านกัมมันต์ เนื่องจากแรง Van der Waals นั้นอ่อน จึงมีผลเพียงเล็กน้อยต่อโครงสร้างของโมเลกุลของสารก่อมลพิษ แรงนี้เหมือนกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล จึงสามารถเปรียบเทียบการดูดซับทางกายภาพกับปรากฏการณ์การรวมตัว คุณสมบัติทางเคมีของสารมลพิษยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการดูดซับทางกายภาพ

เนื่องจากพันธะเคมีที่เข้มข้น จึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างของโมเลกุลของสารก่อมลพิษ ดังนั้นการดูดซับเคมีจึงถือได้ว่าเป็นปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารมลพิษและถ่านกัมมันต์ การดูดซับเคมีโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการใช้คู่อิเล็กตรอนร่วมกันหรือการถ่ายโอนอิเล็กตรอน แทนที่จะเป็นการรบกวนอย่างง่ายหรือโพลาไรซ์ที่อ่อนแอ และเป็นกระบวนการปฏิกิริยาเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการดูดซึมทางกายภาพและเคมีดูดซับคือแรงที่สร้างพันธะการดูดซับ

กระบวนการดูดซับเป็นกระบวนการที่โมเลกุลของสารก่อมลพิษถูกดูดซับไปยังพื้นผิวที่เป็นของแข็ง และพลังงานอิสระของโมเลกุลจะลดลง ดังนั้น กระบวนการดูดซับจึงเป็นกระบวนการคายความร้อน และความร้อนที่ปล่อยออกมาเรียกว่าความร้อนดูดซับของสารมลพิษบนพื้นผิวที่เป็นของแข็ง เนื่องจากแรงดูดซับทางกายภาพและการดูดซับทางเคมีต่างกัน พวกมันจึงแสดงความแตกต่างบางประการในความร้อนดูดซับ อัตราการดูดซับ พลังงานกระตุ้นการดูดซับ อุณหภูมิการดูดซับ การเลือก หมายเลขชั้นการดูดซับ และสเปกตรัมการดูดซับ

เทคโนโลยีการดูดซับถ่านกัมมันต์ถูกนำมาใช้ในการกลั่นและการลดสีของอุตสาหกรรมยา เคมี และอาหารในประเทศจีนเป็นเวลาหลายปี มีการใช้สำหรับการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมตั้งแต่ทศวรรษ 1970 แนวทางปฏิบัติในการผลิตแสดงให้เห็นว่าถ่านกัมมันต์มีการดูดซับที่ดีเยี่ยมเพื่อติดตามสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำ และมีผลการดูดซับที่ดีต่อน้ำเสียทางอุตสาหกรรม เช่น การพิมพ์และการย้อมสีสิ่งทอ อุตสาหกรรมเคมีย้อม การแปรรูปอาหาร และอุตสาหกรรมเคมีอินทรีย์ ภายใต้สถานการณ์ปกติ มีความสามารถเฉพาะตัวในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ที่แสดงโดยตัวชี้วัดที่ครอบคลุม เช่น BOD และ COD ในน้ำเสีย เช่น สีย้อมสังเคราะห์ สารลดแรงตึงผิว ฟีนอล เบนซีน ออร์กาโนคลอรีน ยาฆ่าแมลง และผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมี ดังนั้นการดูดซับถ่านกัมมันต์จึงค่อยๆ กลายเป็นหนึ่งในวิธีการหลักในการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมในระดับทุติยภูมิหรือระดับอุดมศึกษา

การดูดซับเป็นกระบวนการ-ที่ออกฤทธิ์ช้าของสารหนึ่งที่ยึดติดกับพื้นผิวของอีกสารหนึ่ง การดูดซับเป็นปรากฏการณ์ที่ผิวสัมผัส ซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของแรงตึงผิวและพลังงานพื้นผิว มีสองความสามารถในการขับเคลื่อนที่ทำให้เกิดการดูดซับ หนึ่งคือการขับไล่น้ำตัวทำละลายกับสารไม่ชอบน้ำ และอีกประการหนึ่งคือการดึงดูดความสัมพันธ์ของของแข็งกับตัวถูกละลาย การดูดซับส่วนใหญ่ในการบำบัดน้ำเสียเป็นผลมาจากผลรวมของแรงทั้งสองนี้ พื้นที่ผิวจำเพาะและโครงสร้างรูพรุนของถ่านกัมมันต์ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการดูดซับ ในการเลือกถ่านกัมมันต์ ควรกำหนดโดยการทดลองตามคุณภาพของน้ำเสีย สำหรับการพิมพ์และการย้อมสีน้ำเสีย ควรเลือกชนิดคาร์บอนที่มีรูพรุนการเปลี่ยนแปลงที่พัฒนาแล้ว นอกจากนี้ ปริมาณเถ้ายังมีอิทธิพล ยิ่งปริมาณเถ้าน้อย ประสิทธิภาพการดูดซับยิ่งดีขึ้น ยิ่งขนาดของโมเลกุลดูดซับอยู่ใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนของคาร์บอนมากเท่าใด ก็ยิ่งดูดซับได้ง่ายขึ้นเท่านั้น ความเข้มข้นของตัวดูดซับยังส่งผลต่อความสามารถในการดูดซับของถ่านกัมมันต์ ภายในช่วงความเข้มข้นที่กำหนด ความสามารถในการดูดซับจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของตัวดูดซับ นอกจากนี้อุณหภูมิของน้ำและค่า pH ก็มีบทบาทเช่นกัน ความสามารถในการดูดซับลดลงตามอุณหภูมิของน้ำที่เพิ่มขึ้น