ODNOWA WODYWykład 6 - ADSORPCJA

H2O

zw. organiczne

CO2 agresywny

zawiesiny

µ-zanieczyszczenia

ChZT

oleje, detergenty

barwa i m�tno��

mikrofauna

wirusy

bakterie

barwniki

�elazo, mangan

metaleci��kie

CH4; H2S

8.

�cieki

Woda w przyrodzie Woda-Tlenek wodoru

nie-organiczne detrytus

Wody powierzchniowe, wgł�bne; �cieki- składPróbka wody

0,5 µµµµm

Rozpuszczone Zawiesina

organizmyorganiczne

s. biogen.

m. ci��kie

j.główne

aniony

bakterie

bezkr�gow.

całkowite (ChZT, RWO)

kwasy humusowe

ekstrakt etermikro-zaniecz.(WWA, PCB ...)

aminokwasy, cukryrozp.gazy

kr�gowce

H2O

zw. organiczne

CO2 agresywny

zawiesiny

µ-zanieczyszczenia

ChZT

oleje, detergenty

barwa i m�tno��

mikrofauna

wirusy

bakterie

barwniki

�elazo, mangan

metaleci��kie

CH4; H2S

filtracja (powolna)

sedymentacjacedzenie

dezynfekcja wi�zanie chemiczne

sorpcja

utlenianie

koagulacjanapowietrzanie

sedymentacja

filtracja (szybka)

8.

1. Definicja

a) proces jednostkowyb) zjawisko

Adsorpcja

2. Przyczyny

a) energia wewn�trzna układu

b) ciepło adsorpcji

c) hydrofobowe – hydrofilowe (apolarne – polarne)

1. Definicja

3. Rodzaje adsorpcji

a) fizyczna (siły van der Waals’a)

b) wymiana jonowa (siły elektrostatyczne)

c) chemisorpcja (wi�zania atomowe)

2. Przyczyny

4. Adsorpcja fizyczna

– odwracalna

– bez lokalizacji oddziaływa�

3. Rodzaje adsorpcji

Opis adsorpcji

a) zachodzi w sytuacji nierównowagi dynamicznej (kinetyka: matematyczny opis przepływu)

b) osi�ga równowag� dynamiczn�opisan� przez izoterm� adsorpcji (statyka)

c) bilans materiałowy wynikaj�cy z kinetyki i statyki (dynamika)

5. Kinetyka adsorpcji

a) roztwór – warstwa graniczna

– konwekcja

– dyfuzja (zjawisko limituj�ce)

F0 – liczba Fouriera

Pe – liczba Pecleta( ) Pe ; 1/Ff

dc/dr DF - dtdn

0

0

=Φ

=

20 dtD

F⋅=

Dr

Pe⋅= ν

D – współczynnik dyfuzji

r – �rednica porów

v – pr�dko��przepływu

t – czas

a) warstwa graniczna

Pe « 1

zatem tylko dyfuzja

���

����

�=Φ 2

2

drcd

; D f – strumie� adsorbatu

c) na powierzchni adsorbenta

( )

lD

D

K , ,d ,D f dLdc

4d

D

e

2e

2

e

ε

ε

=

Ε=

Π=ΦDe – współczynnik

dyfuzji efektywnejε – porowato��L – gł�boko��wnikaniad – �rednica zast�pczaK – jako��kapilarl – współczynnik

labiryntowo�ci

6. Przybli�one równania kinetyki

( )l),,t,v,Ki,K(D, f K

C - C K dtdx

2g

rtg

εη,=

=

Cr – roztworuCt – równowagoweKg – ogólny współczynnik

przenoszenia

Statyka adsorpcji

– zajmuje si� opisem stanu ustalonego(równowagi dynamicznej)

– stan ustalony tworzy po upływiedostatecznie długiego czasu

– równowaga dynamiczna w stanie ustalonymzale�y od temperatury

7. Statyka adsorpcji

a) równanie Freundlicha (do�wiadczalne)

b) teoria Langmuira (jednowarstwowa)

c) teoria BET (wielowarstwowa)

d) teoria Dubinina (obj�to�ciowa)

WIRTUALNY EKSPERYMENT

- Adsorbent- Adsorbat

T - temperatura (stała)t - czas (dostatecznie długi)

Ca - st��enie adsorbatu w stanie równowagi (po czasie t)

mA - masa adsorbentuma - masa adsorbentu

na powierzchni

Izoterma adsorpcji ma/mA = f(Ca)

ma/mA

Ca

y = f(x)T=const

ma/mA = f(Ca)T=const

Empiryczne równanie statyki (Freundlicha)

x = kT • ekp

ma/mA

Cr

1

2

3

4

Co-Ca/Co

1.0

0.0

Odległo��(szybko��post�pu frontu adsorpcji)

3 4h

Za

Cr

1

2

3

4

Od czego zale�y kształt izotermy adsorpcji

a) rodzaj substancji

b) temperatura

c) skład roztworu

d) substancje współzawodnicz�ce

e) geometria adsorpcji

Izoterma adsorpcji ma/mA = f(Ca)

ma/mA

Ca

x = f(y)T=const

ma/mA = f(Ca)T=const

x = kT • ekp

Za

lg Cr

ββββ Za = A + B lg Crtg ββββ = B

A

za = kT • ekp

ln za = ln kT + kp

Ilo�ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡≡≡≡ y/m)

1/nc K y/m ∗=c lg1/n K lg y/m lg +=

K, n – stałe empiryczneK↑, n↓ → y↑

Ilo�ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡≡≡≡ y/m)

1/nc K y/m ∗=c lg1/n K lg y/m lg +=

K, n – stałe empiryczneK↑, n↓ → y↑

WWA

benzen

benzopiren

naftalen

benzofuran

K 1/n

1

34

132

187

1,6

0,44

0,42

0,57

8. Dynamika adsorpcji

– czasowy i przestrzenny rozkład adsorbentu w zło�u

– front adsorpcji

– szybko��migracji frontu

Dynamika adsorpcji

– zajmuje si� czasowym i przestrzennymrozmieszczeniem adsorbentu w zło�u

– zale�y od statyki i kinetyki

– zale�y od charakterystyki przepływu(dz, εεεεz, vs)

Co-Ca/Co

1.0

0.0

Odległo��(szybko��post�pu frontu adsorpcji)

3 4

11 u t

h =2

2 u t

h =

H

CC0CD

Filtr z GWA

1

2

1

2

1 2

1

2

Dynamika adsorpcji (c.d.)

00

0

xCCv

uD

+⋅=

u - szybko��migracji punktów st��eniowych

9. Stosowane adsorbenty

a) krzemionka

b) zeolity (klinoptylolit)

c) w�giel aktywny

d) syntetyczne (Amberlit)

10. Praktyka adsorpcji

a) filtryb) technika porcjowa

11. Regeneracja adsorbentów

a) termicznab) chemiczna

ABSORPCJA A ADSORPCJA

— podobie�stwa

— ró�nice

TOKSYKOLOGIA �RODOWISKOWA

�rodowisko i rak

— 200 chorób charakteryzuj�cych si� niekontrolowanym, bardzo szybkim wzrostem komórek

— przyczynya) predyspozycje genetyczneb) czynniki �rodowiskowec) czynniki nieokre�lone

ad b) woda, �ywno��, powietrze, glebaad b)+c) → 60 - 90 % zachorowa�

— mechanizm— inicjator (+ aktywator) →promotor rak

Zwi�zki mutagenne

— 100.000 zwi�zków chemicznych antropogenicznych

— Testy przed dopuszczeniem do u�ycia (bakterie, ryby, zwierz�ta – MTD)

— Ekstrapolacja MTD

Forma mikrozanieczyszcze�

a) rozpuszczone i zawieszone

b) efektywno��usuwania

c) miejsce adsorpcji

Wytwarzanie WA

a) surowice (w�giel drzewny, antracyt, pestki, ko�ci ...)

b) wypra�anie bez dost�pu powietrza

c) aktywacja

d) utlenianie

11. Regeneracja adsorbentów

a) termicznab) chemiczna

Regeneracja WA

a) suszenie (200 °C)

b) desorpcja (500 °C)

c) piroliza (700 °C)

d) aktywacja (800 °C)

Sposoby prowadzenia adsorpcji

1. Proces statyczny (technika porcjowa-PWA)

2. Proces dynamiczny (przepływ w filtrach-GWA)

.

.

A) Filtr z w�glem aktywnym, 1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie, 3- dopływ �cieków, 4- odpływ �cieków5- woda płucz�ca, 6- popłuczyny

C dopuszczalneC

V-obj./t-czas

.

.

Vprzebicia

?

PWA Scieki

Zbiornikreakcyjny

Zu�yty OczyszczonePWA Scieki

St��eniezanieczy. Doprowadzenie

PWACp

CkCr

czas(?)

PWA Scieki

Zbiornikreakcyjny

Zu�ytyPWA

St��eniezanieczy. Doprowadzenie

PWACp

CkCr

czas(?)

.

.

OczyszczoneScieki

Zu�ytyPWA

1. 2.

1.

2.

PWA

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA)

�c Ca

�cuCz

jednostopniowy

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)

�c

�cu

dwustopniowy

CzCz

Ca Ca

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)

�

�u

przeciwpr�dowy

CCz

Ca

Zakres wiadomo�ci z adsorpcji1.Adsorpcja; definicja, absorpcja, poj�cia, kinetyka, statyka, dynamika

2.Izoterma adsorpcji; osie,wypukła od dołu/góry

3.Izoterma Froundlicha; dla substancji hydrofobowych/hydrofilowych

4.Adsorbenty; rodzaje, regeneracja

5.Praktyka adsorpcji