עקרון הספיחה של פחמן פעיל

הכנסת פחם פעיל

פחם פעיל הוא אבקה שחורה או חומר פחמן גרגירי. בגלל הסידור הבלתי סדיר של פחמן מיקרו-גבישי במבנה של פחמן פעיל, קיימות נקבוביות בין חיבורים צולבים, ופגמים במבנה הפחמן יווצרו במהלך ההפעלה, כך שזה סוג של פחמן נקבובי עם צפיפות צבר נמוכה שטח פנים ספציפי גדול. החומר העיקרי של המסנן.

ייצור פחם פעיל

חומר הגלם העיקרי של פחמן פעיל יכול להיות כמעט כל החומרים האורגניים העשירים בפחמן{{0}, כגון פחם, עץ, קליפת פרי, קליפת קוקוס, קליפת אגוז, קליפת משמש, קליפת שיזף וכו'. חומרים פחמיים אלה מומרים ל פחם פעיל על ידי פירוליזה בטמפרטורה גבוהה ולחץ מסוים בכבשן הפעלה. במהלך תהליך ההפעלה הזה, נוצר בהדרגה שטח פנים עצום ומבנה נקבוביות מורכב, ותהליך הספיחה -מה שנקרא על הנקבוביות הללו ועליהן. לגודל הנקבוביות בפחם הפעיל יש אפקט ספיחה סלקטיבי על האדסורבט, כלומר מכיוון שמקרומולקולות אינן יכולות להיכנס לנקבוביות של פחם פעיל קטנות מהנקבוביות שלו. פחמן פעיל הוא סופח הידרופובי העשוי מחומרים המבוססים על פחמן כחומרי גלם, אשר מופחמים ומופעלים בטמפרטורה גבוהה. פחם פעיל מכיל מספר רב של מיקרונקבוביות ובעל שטח פנים עצום, שיכול להסיר ביעילות צבע וריח, ויכול להסיר את רוב המזהמים האורגניים וכמה חומרים אנאורגניים בשפכים משניים, כולל כמה מתכות כבדות רעילות.

העיקרון של פחם פעיל

1) עקרון הסינון

מסנן הפחם הפעיל הוא תהליך של יירוט המזהמים במצב מרחף במים, והחומר המרחף שיירט ממלא את הרווחים בין הפחמים הפעילים. גודל הנקבוביות והנקבוביות של שכבת המסנן גדלים עם הגדלת גודל החלקיקים של חומר הפחם הפעיל. כלומר, ככל שגודל החלקיקים של הפחמן הפעיל גס יותר, כך גדל החלל שיכול להכיל את המוצקים המרחפים. זה בא לידי ביטוי ביכולת סינון מוגברת, יכולת אחיזת לכלוך מוגברת ובירוט מוגברת של לכלוך. יחד עם זאת, ככל שהנקבוביות של שכבת מסנן הפחם הפעיל גדולות יותר, כך ניתן להעביר את המוצקים התלויים במים עמוק יותר לשכבה הבאה של שכבת מסנן הפחם הפעיל. בתנאי של עובי הגנה מספק, ניתן לשמור יותר את המוצקים המרחפים, מה שהופך את שכבות הסינון האמצעיות והתחתונות ליעילה יותר. פונקציית היירוט מופעלת היטב, וכמות היירוט המזהמים של היחידה עולה.

באופן קפדני, יכולת השמירה של פחם פעיל למוצקים מרחפים מגיעה משטח הפנים שמספק פחם פעיל. כאשר קצב הזרימה נמוך, כושר הסינון של היחידה נובע בעיקר מהשפעת הסינון של פחם פעיל, וכאשר קצב הזרימה מהיר, כושר הסינון נובע מהשפעת הספיחה על פני השטח של חלקיקי פחם פעיל. ככל שההדבקה חזקה יותר.

2) עקרון הספיחה

על פי הכוחות השונים בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמים בתהליך הספיחה, ניתן לחלק את הספיחה לשתי קטגוריות: ספיחה פיזית וספיחה כימית (הידועה גם בשם ספיחה פעילה). בתהליך הספיחה, כאשר הכוח בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמים הוא כוח ואן דר ואלס (או משיכה אלקטרוסטטית), זה נקרא ספיחה פיזית; כאשר הכוח בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמות הוא קשרים כימיים, זה נקרא כימיסורפציה. . חוזק הספיחה של ספיחה פיזיקלית קשור בעיקר לתכונות הפיזיקליות של פחם פעיל, ואין לו קשר מועט לתכונות הכימיות של פחם פעיל. מכיוון שכוח ואן דר ואלס חלש, יש לו השפעה מועטה על המבנה של מולקולות מזהמות. כוח זה זהה לכוח הלכידות הבין-מולקולרית, כך שניתן להשוות ספיחה פיזית לתופעת צבירה. התכונות הכימיות של המזהמים נשארות ללא שינוי לאחר ספיחה פיזיקלית.

בשל הקשר הכימי החזק, יש לו השפעה רבה על מבנה מולקולות מזהמים, ולכן ניתן להתייחס לכימיספציה כתגובה כימית, שהיא תוצאה של האינטראקציה הכימית בין מזהמים לפחם פעיל. כימיסורפציה כוללת בדרך כלל שיתוף זוג אלקטרונים או העברת אלקטרונים, במקום הפרעה פשוטה או קיטוב חלש, והיא תהליך תגובה כימי בלתי הפיך. ההבדל המהותי בין פיזיספיחה לכמיה הוא הכוח שיוצר את קשר הספיחה.

תהליך הספיחה הוא תהליך שבו מולקולות מזהמות נספגות למשטח המוצק, והאנרגיה החופשית של המולקולות תקטן. לכן, תהליך הספיחה הוא תהליך אקסותרמי, והחום המשתחרר נקרא חום הספיחה של המזהם על פני השטח המוצקים. בשל הכוחות השונים של ספיחה פיזיקלית וספיחה כימית, הם מראים הבדלים מסוימים בחום ספיחה, קצב ספיחה, אנרגיית הפעלת ספיחה, טמפרטורת ספיחה, סלקטיביות, מספר שכבת ספיחה וספקטרום ספיחה.

טכנולוגיית ספיחת פחם פעיל שימשה בזיקוק והפחתת הצבע של תעשיות תרופות, כימיות ומזון במשך שנים רבות בסין. הוא שימש לטיפול בשפכים תעשייתיים מאז שנות ה-70. פרקטיקת הייצור מראה שלפחם פעיל יש ספיחה מצוינת להתחקות אחר מזהמים אורגניים במים, ויש לו השפעת ספיחה טובה על שפכים תעשייתיים כגון הדפסה וצביעה של טקסטיל, תעשייה כימית לצביעה, עיבוד מזון ותעשייה כימית אורגנית. בנסיבות רגילות, יש לו יכולת ייחודית להסיר תרכובות אורגניות המיוצגות על ידי אינדיקטורים מקיפים כמו BOD ו-COD בשפכים, כגון צבעים סינתטיים, פעילי שטח, פנולים, בנזן, אורגנוכלורינים, חומרי הדברה ומוצרים פטרוכימיים. לכן, ספיחת פחם פעיל הפכה בהדרגה לאחת השיטות העיקריות לטיפול משני או שלישוני בשפכים תעשייתיים.

ספיחה היא תהליך הפעולה האיטי- של חומר אחד המתחבר לפני השטח של חומר אחר. ספיחה היא תופעה משטחית, הקשורה לשינויים במתח פני השטח ובאנרגיית פני השטח. ישנן שתי יכולות נהיגה שגורמות לספיחה, האחת היא דחייה של מים ממסים לחומרים הידרופוביים, והשנייה היא משיכת הזיקה של מוצקים למומסים. רוב הספיגה בטיפול בשפכים היא תוצאה של ההשפעה המשולבת של שני הכוחות הללו. שטח הפנים הספציפי ומבנה הנקבוביות של פחם פעיל משפיעים ישירות על יכולת הספיחה שלו. בעת בחירת פחם פעיל, יש לקבוע זאת באמצעות ניסויים בהתאם לאיכות השפכים. להדפסה ולצביעת שפכים, יש לבחור מיני פחמן עם נקבוביות מעבר מפותחות. בנוסף, גם לתכולת האפר יש השפעה. ככל שתכולת האפר קטנה יותר, כך ביצועי הספיחה טובים יותר; ככל שגודל מולקולת האדסורבט קרוב יותר לקוטר נקבוביות הפחמן, כך קל יותר לספוח אותה; ריכוז האסורבט משפיע גם על יכולת הספיגה של פחם פעיל. בתוך טווח ריכוז מסוים, כושר הספיחה גדל עם עליית ריכוז האדסורבט. בנוסף, גם טמפרטורת המים וה-pH משחקים תפקיד. כושר הספיחה ירד עם עליית טמפרטורת המים.