吸附容量指一定溫度及一定的吸附質濃度下，單位吸附劑吸附吸附質的最大量。除與吸附劑的表面積有關外，還與吸附劑孔隙大小、孔徑分布，分子極性及吸附劑分子上官能團性質等有關。是計算固定吸附床保護作用時間的基礎。已有很多計算吸附容量的數學模型，其中套用廣泛的是弗羅德利希、朗格繆爾及BET方程，這些方程可以計算特定情況下達到吸附平衡時的吸附容量。
基本介紹
- 中文名：吸附容量
- 外文名：adsorption capacity
- 定義：單位吸附劑所吸附的吸附質的量
- 影響因素：吸附劑吸附質、溫度、平衡濃度等
- 數學模型：弗羅德利希、朗格繆爾及BET方程
- 測量：柱子試驗等
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定義
即吸附量，在固定床吸附時，達到透過點時的透過容量為吸附容量。吸附裝置的吸附容量指在一定的運轉條件下（包括再生切換在內）的吸附量，由於吸附劑經多次使用後會發生劣化的現象，故設計吸附裝置時，常採用運轉條件下的吸附容量為設計吸附容量。
影響因素
由於吸附是在吸附劑表面上吸附單分子層或多分子層的吸附質，為了達到一定的吸附容量，吸附質必須是具有很大比表面積的多孔物質。所謂比表面積(specific surfacearea)，是指單位質量的物質所具有的表面積，比如活性炭，它的比表面積可達1000m2/g，這樣大的比表面積才使它具有比較高的吸附容量，滿足工業套用的需要。
對於以物理吸附為主要的吸附過程（比如活性炭吸附），吸附質和吸附劑之問不存在簡單的化學劑量關係，影響吸附容量的因素很多，除了吸附劑和吸附質本身性質外，還與溫度和平衡濃度有關。例如利用活性炭來吸附水中有機物，當活性炭和水中有機物種類確定時，該活性炭吸附容量(q)僅與溫度t和吸附平衡時水中有機物濃度（即平衡濃度Ce）有關，可以寫作
吸附等溫線
當溫度固定時，吸附容量僅隨平衡濃度變化而變化，它們之間的關係稱為吸附等溫線(adsorption isotherm)。根據吸附等溫線可以判斷不同活性炭的吸附性能差異，也可以對吸附過程進行分析。
吸附等溫線繪製是指逐點測得不同平衡濃度時的吸附容量，然後繪製在吸附容量一平衡濃度坐標體系中。以活性炭為例，其測定方法為：先將試驗的活性炭洗滌乾燥，研磨至200目以下，在一系列磨口三角瓶中放入同體積同濃度的吸附質(如有機物)溶液，然後加入不同數量的活性炭樣品，在恆溫情況下振盪，達到吸附平衡後，測定吸附後溶液中殘餘吸附質濃度，按下式計算吸附容量：
式中：qe——在平衡濃度為Co時的吸附容量，mg/g；
V——吸附質溶液體積，L；
Co——一溶液中吸附質的初始質量濃度，mg/L；
ce——活性炭吸附平衡時吸附質剩餘質量濃度，mg/L；
m——活性炭樣品質量，g。
將測得的一系列吸附容量值與其對應的平衡濃度在坐標系中作圖，即得本溫度下該活性炭對該有機物的吸附等溫線。比較不同活性炭對同一種有機物的吸附等溫線可以判斷活性炭對該有機物吸附性能的好壞，可用於活性炭篩選及性能評定。
測量
活性炭吸附容量測定
圖1 柱子試驗裝置示意
圖1 柱子試驗裝置示意活性炭的吸附容量可通過吸附等溫線的測定，得到吸附容量的近似範圍，也可通過柱子通水試驗求得。吸附等溫線測定的吸附容量，在選型試驗中可以粗略、簡單的估算處理每噸水所需的活性炭的量，並且可以評價該種活性炭對處理對象的吸附特性，從而初步選擇吸附裝置的形式、吸附及再生裝置的規模，但不能作為實際設計吸附裝置的參數。其實際吸附容量要通過柱子試驗求得。
（1）吸附等溫線的測定
用6個以上具塞磨口三角燒瓶，取同樣體積及濃度要處理的原水，在每個瓶中加入不同的炭量（其中包括一個空白瓶），用振盪機混合均勻，使吸附達到平衡後，測各瓶中水樣殘餘的濃度，計算其吸附容量(qo)點在雙對數坐標紙上，以qo為縱坐標，以Ci為橫坐標，求得吸附等溫線的K和1/n。
（2）動態柱子試驗測定吸附容量和吸附帶長度
在動態試驗條件下，可求出實際設備設計的通水倍數、最適流速、吸附帶長度和單位質量活性炭的吸附量。
用活性炭進行水處理時，水和活性炭的接觸方式也很重要。用粒狀炭時，一般有固定床和流動床兩種形式。處理水通過活性炭固定床時，發生吸附反應的活性炭層稱為吸附帶。水中的被吸附物質先和上層活性炭接觸發生吸附，然後吸附帶逐漸向下移動，上層活性炭逐漸飽和，吸附帶移至出口後，出水的濃度開始上升，該點稱為穿透點，然後出水濃度迅速上升，當出水濃度接近進水濃度時，活性炭完全失效。將通水量或通水時間作為橫軸，出水濃度作為縱軸，得到的濃度變化曲線又稱為穿透曲線。穿透曲線的形狀和水質、操作條件、活性炭性質等因素有關，一般通過試驗曲線來設計確定活性炭層的厚度和空間濾速。
柱子試驗裝置如圖1，柱子採用有機玻璃管，內徑25～80mm，高1000mm，5根，水泵1台。活性炭總高度因吸附帶長度隨吸附物質的吸附速度而異，不能籠統地規定。為了取得相關數據，要在柱子出水處設取樣閥門，水廠選擇炭種時一般將試驗水接在快濾池出水後面。
操作步驟如下：
①充填選炭，先在柱子中裝水，加炭時，邊加炭邊使水溢流，待炭層高度加到1.0m左右記下裝炭質量，柱子數由試驗決定；
②串聯通水試驗，對各柱子出水的污染物進行分析，如最後出水達不到要求，還需增加柱子；
③如圖1，當第一根柱子出水中的污染物濃度為進水濃度的95%時，將第一根柱子取下來，再將裝有新炭的柱子接在最後柱子後面；
④再由第二根柱子通水直到第二根出水濃度也為進水濃度95%左右停止試驗，再進行換柱，以此類推直至最後一根柱子出水濃度為進水的95%；
將試驗結果整理如下：
①將各柱子出水濃度分析結果，做出水流出曲線圖，見圖2；
圖2 各試驗柱流出曲線
圖2 各試驗柱流出曲線②根據第二根柱子充填的活性炭所吸附污染物質的量（相當於兩根虛線所包面積所對應的污染物量），計算出單位質量活性炭的動態吸附量（即飽和吸附量）：
③根據飽和吸附量及處理水累積體積，可求出活性炭通液倍數；
④根據每根柱子出水濃度，繪出泄漏量與炭層高度曲線（第一根虛線與三根曲線的交點即代表三個不同炭層高度污染物的不同泄漏量；第二根虛線與兩根曲線的交點，代表另兩高度的泄漏量），可求出實際需要的吸附帶高度，如圖3所示。
圖3 柱子長度和泄漏量
圖3 柱子長度和泄漏量