研究生精品课程建设教案第三章活性炭吸附（一）教学设计2.1本章节内容归纳本章节主要内容包括以下几个方面①吸附现象及吸附等温线②静态吸附与动态吸附③吸附柱设计及原理2.2本章节重点本章节重点：活性炭的制备、结构及性能、吸附等温线及意义、吸附公式的应用、吸附柱的设计本章节难点：静态吸附与动态吸附传质差异、逆流吸附、有效容量、总吸附能力、有效容积及饱和百分数计算2.3本章节教学内容本章教学内容如下3.活性炭吸附3-1活性炭的性能3-2吸附等温线3-3Langmuir公式的推导3-4吸附公式的应用3-5吸附柱的设计4.4本章节教学方法1.情景导入从吸附仿真（动态）过程入手。2.双案例关联静态吸附在基础研究方面的应用（案例五）动态吸附在工程设计方面的应用（案例六1、2）1.4本章节教学互动与考核在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的吸附剂及设备的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何应用，了解吸附剂基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，要求并将这类问题变成后发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对1
1 研究生精品课程建设教案 第三章 活性炭吸附 （一）教学设计 2.1本章节内容归纳 本章节主要内容包括以下几个方面 ①吸附现象及吸附等温线 ②静态吸附与动态吸附 ③吸附柱设计及原理 2.2本章节重点 本章节重点：活性炭的制备、结构及性能、吸附等温线及意义、吸附公式的 应用、吸附柱的设计 本章节难点：静态吸附与动态吸附传质差异、逆流吸附、有效容量、总吸附 能力、有效容积及饱和百分数计算 2.3 本章节教学内容 本章教学内容如下 3.活性炭吸附 3-1 活性炭的性能 3-2 吸附等温线 3-3 Langmuir 公式的推导 3-4 吸附公式的应用 3-5 吸附柱的设计 4.4 本章节教学方法 1. 情景导入 从吸附仿真（动态）过程入手。 2.双案例关联 静态吸附在基础研究方面的应用（案例五） 动态吸附在工程设计方面的应用（案例六 1、2） 1.4 本章节教学互动与考核 在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行 教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的吸附剂 及设备的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及 如何应用，了解吸附剂基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网 站，要求并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对
各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分，结合最后的理论课闭卷考试完成对课程教学的考核。（二）教学内容1.活性炭制备、再生、结构与性能2.吸附等温线与应用3.动静态吸附、吸附柱的设计第三章活性炭吸附S3-1活性炭的性能1.活性炭的来源CxHyOz---H2O+Cm2.活性炭的制作活性炭的制作分碳化600℃以下，活化在800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂：当氧化温度在600℃以下时，一般用空气做氧化剂。碳化及活化后的晶体片状结构示意见图3-1。(a)碳化后(b)活化后图3—1活性炭的微晶片结构示意图3.活性炭的影响因素活性炭对于某一种物质的吸附能力与活性炭的原材料性质、碳化及活化的整个过程、吸附的环境因素以及再生操作过程都有密切的关系。4.具体的吸附作用活性炭的吸附性能是由它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布几个因素决定的。2
2 各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考 核的一个部分，结合最后的理论课闭卷考试完成对课程教学的考核。 （二）教学内容 1. 活性炭制备、再生、结构与性能 2.吸附等温线与应用 3.动静态吸附、吸附柱的设计 第三章 活性炭吸附 §3-1 活性炭的性能 1.活性炭的来源 CxHyOz-H2O+Cm 2.活性炭的制作 活性炭的制作分碳化 600℃以下，活化在 800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化 剂；当氧化温度在 600℃以下时，一般用空气做氧化剂。 碳化及活化后的晶体片状结构示意见图 3-1。 图 3—1 活性炭的微晶片结构示意图 3.活性炭的影响因素 活性炭对于某一种物质的吸附能力与活性炭的原材料性质、碳化及活化的整个过程、吸 附的环境因素以及再生操作过程都有密切的关系。 4.具体的吸附作用 活性炭的吸附性能是由它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布几个因素决定的
S3-2吸附等温线1.如何画出等温线容积V容积V初始浓度P平衡浓度P(a)开始(b)达到平衡图3-2吸附试验10080401加活性炎1mg2加活性炭10mg/L平衡浓度14.5(1)207.8(1)3加活性炭100mg/L13.0(2)5.4(2)4活性炎1000mgl2.8(3,4)2.8(3,4)23428.4652t/h图3-3活性炭的吸附过程2.吸附等温线的类型常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸附公式，如图3-4所示。（1）第一种类型的等温线，P,没有极限值，但x/m却有一极限值(x/m)%，这种类型的吸附试验资料可用Langmuir公式处理。（2）第二类型的等温线，P.有一个极限值p，，称为饱和浓度，但x/m却没有极限值。这种类型的等温线可用Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。（3）第三类型的等温线，P。和x/m都没有极限值，可用Freundlich公式处3
3 §3-2 吸附等温线 1.如何画出等温线 图 3-2 吸附试验 图 3-3 活性炭的吸附过程 2.吸附等温线的类型 常见的吸附等温线有三种类型，每种类型对应于一种吸附公式，如图 3-4 所 示。 （1）第一种类型的等温线， e 没有极限值，但 x m 却有一极限值 0 ( ) x m ， 这种类型的吸附试验资料可用 Langmuir 公式处理。 （2） 第二类型的等温线， e 有一个极限值 s ，称为饱和浓度，但 x m 却 没有极限值。这种类型的等温线可用 Branauer 和 Emmett 及 Teller（简称 BET） 公式处理。 （3）第三类型的等温线， e 和 x m 都没有极限值，可用 Freundlich 公式处
理。(%)南E用?P.PeOPPe1 型Ⅱ型III型图3-4吸附等温线4.处理吸附等温线的公式（1）Langmuir公式为：≤_ b(x/m) p.m1+bpe式中，b为常数，以浓度表示，其它符号同前（2）BET公式为：B(x/m)° p.xm(P, - P.)[1+(B-1) PP.式中，B为常量（3）Freundlich公式为：1X=K,p"m式中包括K及n两个常量。Langmuir和BET公式都是理论公式，Freundlich公式则属于经验公式。Langmuir公式是根据吸附的物质只有一层分子厚的假设推导出来的。由于吸附剂的表面积是一定的，Langmuir公式中必然要出现一个吸附量的限值来，使这个公式可以整理I型吸附数据。BEF公式则从可以吸附多层物质的假定推导出来的，故吸附量没有极限值，平均浓度则以被吸附物质的饱和浓度为极限。这就符合了Ⅱ型吸附数据的规律。Freundlich公式则能适应介乎上述两者间的吸附情况。4
4 理。 图 3-4 吸附等温线 4.处理吸附等温线的公式 （1）Langmuir 公式为： 0 ( ) 1 e e x b x m m b = + 式中，b 为常数，以浓度-1 表示，其它符号同前 （2）BET 公式为： 0 ( ) ( )[1 ( 1) e e s e s x B x m m B = − + − 式中，B 为常量 （3）Freundlich 公式为： 1 n f e x K m = 式中包括 及 n 两个常量。 Langmuir 和 BET 公式都是理论公式，Freundlich 公式则属于经验公式。 Langmuir 公式是根据吸附的物质只有一层分子厚的假设推导出来的。由于吸附 剂的表面积是一定的，Langmuir 公式中必然要出现一个吸附量的限值来，使这 个公式可以整理Ⅰ型吸附数据。BEF 公式则从可以吸附多层物质的假定推导出来 的，故吸附量没有极限值，平均浓度则以被吸附物质的饱和浓度为极限。这就符 合了Ⅱ型吸附数据的规律。Freundlich 公式则能适应介乎上述两者间的吸附情况
s3-3Langmuir公式的推导自学S3-4吸附公式的应用1.求吸附公式中的常数数据分析。2.逆流吸附CSTR、顺、逆流吸附概念Q=100L/s100L/sP,=20mg/LP."1mg/L06CSTRMig+s-l一活性炭Mig-s-1图3-5顺流吸附-Q-100L/s100L/sp,=20mg/LP.=1mg/LoCSTRMig+s*1一活性炭Mig-s-1图3-6二级逆流吸附S3-5吸附柱的设计活性炭吸附柱设计不外下列三种类型：重力固定床、压力固定床以及硫化床，如图3-5所示。5
5 §3-3 Langmuir 公式的推导 自学 §3-4 吸附公式的应用 1.求吸附公式中的常数 数据分析。 2.逆流吸附 CSTR、顺、逆流吸附概念 图 3-5 顺流吸附 图 3-6 二级逆流吸附 §3-5 吸附柱的设计 活性炭吸附柱设计不外下列三种类型：重力固定床、压力固定床以及硫化床， 如图 3-5 所示