吸附容量

环境学术语

吸附容量指一定温度及一定的吸附质浓度下，单位吸附剂吸附吸附质的最大量。除与吸附剂的表面积有关外，还与吸附剂孔隙大小、孔径分布，分子极性及吸附剂分子上官能团性质等有关。是计算固定吸附床保护作用时间的基础。已有很多计算吸附容量的数学模型，其中应用广泛的是弗罗德利希、朗格缪尔及BET方程，这些方程可以计算特定情况下达到吸附平衡时的吸附容量。

定义

吸附容量是指单位吸附剂所吸附的吸附质的量，单位是mg/g或其他。指的是滤料或离子交换剂吸附某种物质或离子的能力。

即吸附量，在固定床吸附时，达到透过点时的透过容量为吸附容量。吸附装置的吸附容量指在一定的运转条件下（包括再生切换在内）的吸附量，由于吸附剂经多次使用后会发生劣化的现象，故设计吸附装置时，常采用运转条件下的吸附容量为设计吸附容量。

影响因素

由于吸附是在吸附剂表面上吸附单分子层或多分子层的吸附质，为了达到一定的吸附容量，吸附质必须是具有很大比表面积的多孔物质。所谓比表面积(specific surfacearea)，是指单位质量的物质所具有的表面积，比如活性炭，它的比表面积可达1000m2/g，这样大的比表面积才使它具有比较高的吸附容量，满足工业应用的需要。

对于以物理吸附为主要的吸附过程（比如活性炭吸附），吸附质和吸附剂之问不存在简单的化学剂量关系，影响吸附容量的因素很多，除了吸附剂和吸附质本身性质外，还与温度和平衡浓度有关。例如利用活性炭来吸附水中有机物，当活性炭和水中有机物种类确定时，该活性炭吸附容量(q)仅与温度t和吸附平衡时水中有机物浓度（即平衡浓度Ce）有关，可以写作

吸附等温线

当温度固定时，吸附容量仅随平衡浓度变化而变化，它们之间的关系称为吸附等温线(adsorption isotherm)。根据吸附等温线可以判断不同活性炭的吸附性能差异，也可以对吸附过程进行分析。

吸附等温线绘制是指逐点测得不同平衡浓度时的吸附容量，然后绘制在吸附容量一平衡浓度坐标体系中。以活性炭为例，其测定方法为：先将试验的活性炭洗涤干燥，研磨至200目以下，在一系列磨口三角瓶中放入同体积同浓度的吸附质(如有机物)溶液，然后加入不同数量的活性炭样品，在恒温情况下振荡，达到吸附平衡后，测定吸附后溶液中残余吸附质浓度，按下式计算吸附容量：

式中：qe——在平衡浓度为Co时的吸附容量，mg/g；

V——吸附质溶液体积，L；

Co——一溶液中吸附质的初始质量浓度，mg/L；

ce——活性炭吸附平衡时吸附质剩余质量浓度，mg/L；

m——活性炭样品质量，g。

将测得的一系列吸附容量值与其对应的平衡浓度在坐标系中作图，即得本温度下该活性炭对该有机物的吸附等温线。比较不同活性炭对同一种有机物的吸附等温线可以判断活性炭对该有机物吸附性能的好坏，可用于活性炭筛选及性能评定。

测量

活性炭吸附容量测定

活性炭的吸附容量可通过吸附等温线的测定，得到吸附容量的近似范围，也可通过柱子通水试验求得。吸附等温线测定的吸附容量，在选型试验中可以粗略、简单的估算处理每吨水所需的活性炭的量，并且可以评价该种活性炭对处理对象的吸附特性，从而初步选择吸附装置的形式、吸附及再生装置的规模，但不能作为实际设计吸附装置的参数。其实际吸附容量要通过柱子试验求得。

（1）吸附等温线的测定

用6个以上具塞磨口三角烧瓶，取同样体积及浓度要处理的原水，在每个瓶中加入不同的炭量（其中包括一个空白瓶），用振荡机混合均匀，使吸附达到平衡后，测各瓶中水样残余的浓度，计算其吸附容量(qo)点在双对数坐标纸上，以qo为纵坐标，以Ci为横坐标，求得吸附等温线的K和1/n。

（2）动态柱子试验测定吸附容量和吸附带长度

在动态试验条件下，可求出实际设备设计的通水倍数、最适流速、吸附带长度和单位质量活性炭的吸附量。

用活性炭进行水处理时，水和活性炭的接触方式也很重要。用粒状炭时，一般有固定床和流动床两种形式。处理水通过活性炭固定床时，发生吸附反应的活性炭层称为吸附带。水中的被吸附物质先和上层活性炭接触发生吸附，然后吸附带逐渐向下移动，上层活性炭逐渐饱和，吸附带移至出口后，出水的浓度开始上升，该点称为穿透点，然后出水浓度迅速上升，当出水浓度接近进水浓度时，活性炭完全失效。将通水量或通水时间作为横轴，出水浓度作为纵轴，得到的浓度变化曲线又称为穿透曲线。穿透曲线的形状和水质、操作条件、活性炭性质等因素有关，一般通过试验曲线来设计确定活性炭层的厚度和空间滤速。

柱子试验装置如图1，柱子采用有机玻璃管，内径25～80mm，高1000mm，5根，水泵1台。活性炭总高度因吸附带长度随吸附物质的吸附速度而异，不能笼统地规定。为了取得相关数据，要在柱子出水处设取样阀门，水厂选择炭种时一般将试验水接在快滤池出水后面。

操作步骤如下：

①充填选炭，先在柱子中装水，加炭时，边加炭边使水溢流，待炭层高度加到1.0m左右记下装炭质量，柱子数由试验决定；

②串联通水试验，对各柱子出水的污染物进行分析，如最后出水达不到要求，还需增加柱子；

③如图1，当第一根柱子出水中的污染物浓度为进水浓度的95%时，将第一根柱子取下来，再将装有新炭的柱子接在最后柱子后面；

④再由第二根柱子通水直到第二根出水浓度也为进水浓度95%左右停止试验，再进行换柱，以此类推直至最后一根柱子出水浓度为进水的95%；

将试验结果整理如下：

①将各柱子出水浓度分析结果，做出水流出曲线图，见图2；

②根据第二根柱子充填的活性炭所吸附污染物质的量（相当于两根虚线所包面积所对应的污染物量），计算出单位质量活性炭的动态吸附量（即饱和吸附量）：

③根据饱和吸附量及处理水累积体积，可求出活性炭通液倍数；

④根据每根柱子出水浓度，绘出泄漏量与炭层高度曲线（第一根虚线与三根曲线的交点即代表三个不同炭层高度污染物的不同泄漏量；第二根虚线与两根曲线的交点，代表另两高度的泄漏量），可求出实际需要的吸附带高度，如图3所示。

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