第5章新污染物吸附去除技術(shù)5.1吸附技術(shù)簡介吸附是一種分離過程，通過引力使某一種或多種組分附著在固體表面依據(jù)鍵的性質(zhì)分類：物理吸附；化學(xué)吸附依據(jù)驅(qū)動力分類：第一驅(qū)動力；第二驅(qū)動力吸附技術(shù)廣泛應(yīng)用于水處理、空氣凈化、工業(yè)廢氣處理等領(lǐng)域定義分類應(yīng)用5.2吸附技術(shù)發(fā)展史活性炭，早在20世紀(jì)初就用于水處理和空氣凈化等領(lǐng)域早期，美國西北大學(xué)Yoon團隊使用煤基粉末活性炭去除飲用水中的17b-雌二醇，去除率可達90%隨著對新污染物認識的深入，人們開始探索粘土、硅膠、氧化鐵等多種類型的吸附劑印度尼西亞Putra研究了膨潤土吸附去除水溶液中阿莫西林的方法，膨潤土對阿莫西林的去除率高達88%張全興院士在國內(nèi)率先開展了大孔離子交換與吸附樹脂的合成與應(yīng)用研究，在水污染防治方向長期深耕于復(fù)合功能特種樹脂的合成與性能研究以及樹脂吸附理論活性炭的早期應(yīng)用其他吸附劑的探索國內(nèi)吸附技術(shù)的發(fā)展5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.1π-π相互作用π-π相互作用常見于芳香環(huán)之間的弱相互作用。吸附劑和吸附質(zhì)通過電子供體和受體之間的電子轉(zhuǎn)移結(jié)合π-π相互作用的原理π-π相互作用的強度受吸附劑和吸附質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)以及溶液的pH值等因素的影響影響因素π-π相互作用在去除多種新污染物方面具有重要應(yīng)用，如四環(huán)素、環(huán)丙沙星等應(yīng)用實例面對面邊對面5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.2氫鍵氫鍵的形成機制氫鍵的形成需要一個氫供體和一個氫受體氫供體通常是帶有氫原子的極性基團，如羥基、氨基等氫受體通常是帶有孤對電子的原子氫鍵的影響因素氫鍵的強度受官能團的類型、數(shù)量以及分子的空間結(jié)構(gòu)等因素的影響氫鍵的應(yīng)用實例氫鍵在去除17β-雌二醇、17α-乙炔雌醇、雙酚A和壬基酚等環(huán)境激素和醫(yī)藥個護產(chǎn)品等新污染物方面具有重要應(yīng)用5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.3疏水相互作用疏水相互作用的原理疏水相互作用是由于分子中存在非極性基團（如C-H）時，水分子之間相互排斥而產(chǎn)生的疏水相互作用的影響因素疏水相互作用的強度受吸附劑和吸附質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、非極性基團的數(shù)量和分布的影響疏水相互作用的應(yīng)用實例疏水相互作用在去除多種含有非極性基團新污染物方面具有重要應(yīng)用，如雌激素、17β-雌二醇、泰樂菌素和磺胺等5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.4靜電相互作用靜電相互作用包括靜電吸引和排斥離子鍵是由原子獲得和失去電子后產(chǎn)生的陰離子和陽離子之間形成的化學(xué)鍵靜電相互作用的原理靜電相互作用的強度受吸附劑和吸附質(zhì)的電荷性質(zhì)、溶液的pH值等因素的影響靜電相互作用的影響因素靜電相互作用在去除四環(huán)素、磺胺、雙酚A、萘普生、苯甲酸、布洛芬和酮洛芬等新污染物方面具有重要應(yīng)用靜電相互作用的應(yīng)用實例5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.5孔隙填充孔隙填充的原理孔隙填充的應(yīng)用實例孔隙填充是指吸附質(zhì)分子進入吸附劑的孔隙結(jié)構(gòu)中，填充孔隙的過程孔隙填充在去除多種新污染物方面具有重要應(yīng)用，如四環(huán)素、磺胺甲惡唑和泰樂菌素等孔隙填充的效果受吸附劑的孔隙結(jié)構(gòu)、吸附質(zhì)分子的大小和形狀等因素影響孔隙填充的影響因素5.3吸附技術(shù)過程原理5.3.6離子交換離子交換的原理01離子交換是液相離子和固相離子之間的可逆反應(yīng)02離子交換的影響因素離子交換的效果受吸附劑的離子交換容量、液相中離子的濃度和種類等因素的影響03離子交換的應(yīng)用實例離子交換在去除可發(fā)生離子化如四環(huán)素等方面具有重要應(yīng)用5.4吸附技術(shù)影響因素吸附劑制備工藝吸附劑的制備工藝如煅燒溫度、合成方法和添加劑選用對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有重要影響吸附劑濃度吸附劑濃度影響吸附效率和成本吸附劑種類活性炭、生物炭、碳納米管、石墨烯等吸附劑各有特點5.4.1吸附劑相關(guān)因素5.4吸附技術(shù)影響因素5.4.2污染物相關(guān)因素污染物特性污染物的分子尺寸、表面結(jié)構(gòu)和官能團是影響吸附過程的關(guān)鍵因素污染物濃度影響吸附劑的吸附速率和吸附容量污染物濃度水體中存在多種污染物時，會發(fā)生競爭吸附現(xiàn)象污染物種類5.4吸附技術(shù)影響因素5.4.3外部環(huán)境因素溫度溫度升高通常會增加吸附速率對于吸熱吸附過程，溫度升高有利于吸附流速流速影響吸附劑與污染物的接觸時間和質(zhì)量傳遞效率較高流速會縮短污染物在吸附劑表面的停留時間，降低吸附效率濕度會影響吸附劑的表面性質(zhì)和吸附性能一些吸附劑對濕度敏感，濕度的變化可能導(dǎo)致吸附劑表面的水分子競爭吸附位點，影響吸附效率濕度5.5吸附技術(shù)優(yōu)缺點高效性操作簡便性應(yīng)用廣泛性可再生性環(huán)境友好性高選擇性優(yōu)勢不足去除率受限再生限制成本顯著競爭吸附環(huán)境因素影響吸附效率5.6吸附技術(shù)適用范圍納米吸附劑多孔碳材料納米吸附劑，因其獨特的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，在去除水溶液中的POPs、抗生素方面表現(xiàn)出色多孔炭材料具有高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，對有機廢水中的內(nèi)分泌干擾物、抗生素、染料具有不錯的吸附能力金屬有機框架（MOFs）具有可調(diào)節(jié)的孔隙率、層次結(jié)構(gòu)和巨大的孔體積，對POPs、內(nèi)分泌干擾物表現(xiàn)出出色的吸附性能金屬有機框架5.7吸附技術(shù)案例分析與低碳發(fā)展策略使用可持續(xù)材料優(yōu)化吸附劑設(shè)計