Prinsip Adsorpsi Karbon Aktif

Pengenalan karbon aktif

Karbon aktif adalah bubuk hitam atau bahan karbon granular. Karena susunan karbon mikrokristalin yang tidak teratur dalam struktur karbon aktif, ada pori-pori di antara -koneksi silang, dan cacat struktur karbon akan dihasilkan selama aktivasi, jadi ini adalah jenis karbon berpori dengan kerapatan curah rendah dan luas permukaan spesifik yang besar. Bahan utama filter.

Produksi karbon aktif

Bahan baku utama karbon aktif dapat berupa hampir semua bahan organik yang kaya-arang, seperti batu bara, kayu, tempurung buah, tempurung kelapa, cangkang kenari, cangkang aprikot, cangkang jujube, dll. Bahan berkarbon ini diubah menjadi karbon aktif dengan pirolisis pada suhu tinggi dan tekanan tertentu dalam tungku aktivasi. Selama proses aktivasi ini, luas permukaan yang besar dan struktur pori yang kompleks secara bertahap terbentuk, dan yang disebut proses adsorpsi dilakukan di dalam dan pada pori-pori ini. Ukuran pori-pori pada karbon aktif memiliki efek adsorpsi selektif pada adsorbat, yaitu karena makromolekul tidak dapat masuk ke dalam pori-pori karbon aktif yang lebih kecil dari pori-porinya. Karbon aktif adalah adsorben hidrofobik yang terbuat dari bahan dasar-karbon sebagai bahan baku, yang dikarbonisasi dan diaktifkan pada suhu tinggi. Karbon aktif mengandung sejumlah besar mikropori dan memiliki luas permukaan yang besar, yang secara efektif dapat menghilangkan warna dan bau, dan dapat menghilangkan sebagian besar polutan organik dan beberapa zat anorganik dalam limbah sekunder, termasuk beberapa logam berat beracun.

Prinsip karbon aktif

1) Prinsip penyaringan

Filter karbon aktif adalah proses mencegat polutan dalam keadaan tersuspensi di dalam air, dan materi tersuspensi yang dicegat mengisi celah di antara karbon aktif. Ukuran pori dan porositas lapisan filter meningkat dengan bertambahnya ukuran partikel bahan karbon aktif. Artinya, semakin kasar ukuran partikel karbon aktif, semakin besar ruang yang dapat menampung padatan tersuspensi. Hal ini diwujudkan sebagai peningkatan kapasitas filtrasi, peningkatan kapasitas menahan kotoran, dan peningkatan intersepsi kotoran. Pada saat yang sama, semakin besar pori-pori lapisan filter karbon aktif, semakin dalam padatan tersuspensi di dalam air dapat diangkut ke lapisan berikutnya dari lapisan filter karbon aktif. Di bawah kondisi ketebalan perlindungan yang cukup, padatan tersuspensi dapat dipertahankan lebih banyak, membuat lapisan filter tengah dan bawah lebih efisien. Fungsi intersepsi dijalankan dengan baik, dan jumlah intersepsi polutan pada unit meningkat.

Sebenarnya, kapasitas retensi karbon aktif untuk padatan tersuspensi berasal dari luas permukaan yang disediakan oleh karbon aktif. Ketika laju aliran rendah, kapasitas filtrasi unit terutama berasal dari efek penyaringan karbon aktif, dan ketika laju aliran cepat, kapasitas filtrasi berasal dari efek adsorpsi pada permukaan partikel karbon aktif. Semakin kuat daya rekatnya.

2) Prinsip adsorpsi

Menurut gaya yang berbeda antara molekul karbon aktif dan molekul polutan selama proses adsorpsi, adsorpsi dapat dibagi menjadi dua kategori: adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia (juga dikenal sebagai adsorpsi aktif). Dalam proses adsorpsi, ketika gaya antara molekul karbon aktif dan molekul polutan adalah gaya van der Waals (atau tarik-menarik elektrostatik), hal itu disebut adsorpsi fisik; ketika gaya antara molekul karbon aktif dan molekul polutan adalah ikatan kimia, itu disebut chemisorption. . Kekuatan adsorpsi dari adsorpsi fisik terutama terkait dengan sifat fisik karbon aktif, dan tidak ada hubungannya dengan sifat kimia karbon aktif. Karena gaya van der Waals lemah, pengaruhnya kecil pada struktur molekul polutan. Gaya ini sama dengan gaya kohesi antarmolekul, sehingga adsorpsi fisik dapat dibandingkan dengan fenomena aglomerasi. Sifat kimia dari polutan tetap tidak berubah pada adsorpsi fisik.

Karena ikatan kimianya yang kuat, ia memiliki pengaruh besar pada struktur molekul polutan, sehingga chemisorption dapat dianggap sebagai reaksi kimia, yang merupakan hasil interaksi kimia antara polutan dan karbon aktif. Kemisorpsi umumnya melibatkan pembagian pasangan elektron atau transfer elektron, daripada gangguan sederhana atau polarisasi lemah, dan merupakan proses reaksi kimia yang tidak dapat diubah. Perbedaan mendasar antara physisorption dan chemisorption adalah kekuatan yang menciptakan ikatan adsorpsi.

Proses adsorpsi adalah proses di mana molekul polutan teradsorpsi ke permukaan padatan, dan energi bebas molekul akan berkurang. Oleh karena itu, proses adsorpsi merupakan proses eksotermik, dan panas yang dilepaskan disebut sebagai panas adsorpsi polutan pada permukaan padat. Karena kekuatan adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia yang berbeda, mereka menunjukkan perbedaan tertentu dalam panas adsorpsi, laju adsorpsi, energi aktivasi adsorpsi, suhu adsorpsi, selektivitas, jumlah lapisan adsorpsi dan spektrum adsorpsi.

Teknologi adsorpsi karbon aktif telah digunakan dalam pemurnian dan penghilangan warna industri farmasi, kimia dan makanan selama bertahun-tahun di Cina. Ini telah digunakan untuk pengolahan air limbah industri sejak tahun 1970-an. Praktek produksi menunjukkan bahwa karbon aktif memiliki adsorpsi yang sangat baik untuk melacak polutan organik dalam air, dan memiliki efek adsorpsi yang baik pada air limbah industri seperti percetakan dan pencelupan tekstil, industri kimia pewarna, pengolahan makanan dan industri kimia organik. Dalam keadaan normal, ia memiliki kemampuan unik untuk menghilangkan senyawa organik yang diwakili oleh indikator komprehensif seperti BOD dan COD dalam air limbah, seperti pewarna sintetis, surfaktan, fenol, benzena, organoklorin, pestisida, dan produk petrokimia. Oleh karena itu, adsorpsi karbon aktif secara bertahap menjadi salah satu metode utama untuk pengolahan sekunder atau tersier air limbah industri.

Adsorpsi adalah -proses kerja lambat dari satu zat yang menempel pada permukaan zat lain. Adsorpsi merupakan fenomena antar muka, yang berkaitan dengan perubahan tegangan permukaan dan energi permukaan. Ada dua kemampuan pendorong yang menyebabkan adsorpsi, satu adalah tolakan air pelarut terhadap zat hidrofobik, dan yang lainnya adalah daya tarik afinitas zat padat terhadap zat terlarut. Sebagian besar adsorpsi dalam pengolahan air limbah adalah hasil dari efek gabungan dari dua kekuatan ini. Luas permukaan spesifik dan struktur pori karbon aktif secara langsung mempengaruhi kapasitas adsorpsinya. Saat memilih karbon aktif, itu harus ditentukan melalui eksperimen sesuai dengan kualitas air limbah. Untuk pencetakan dan pencelupan air limbah, spesies karbon dengan pori-pori transisi yang berkembang harus dipilih. Selain itu, kadar abu juga berpengaruh. Semakin kecil kadar abu, semakin baik kinerja adsorpsi; semakin dekat ukuran molekul adsorbat dengan diameter pori karbon, semakin mudah untuk diadsorpsi; konsentrasi adsorbat juga mempengaruhi kapasitas adsorpsi karbon aktif. Dalam rentang konsentrasi tertentu, kapasitas adsorpsi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi adsorbat. Selain itu, suhu dan pH air juga berperan. Kapasitas adsorpsi menurun dengan meningkatnya suhu air.