[发明专利]一种污染吸附剂颗粒剩余吸附量确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种污染吸附剂颗粒剩余吸附量确定方法及系统，涉及污染吸附剂颗粒解吸研究技术领域。本发明构建改进Lan*解吸动力学模型；基于origin软件和解吸动力学实验数据，对改进Lan*解吸动力学模型中的系数进行拟合，得到污染吸附剂颗粒剩余吸附量预测模型；将目标解吸时间代入污染吸附剂颗粒剩余吸附量预测模型中，确定单位质量污染吸附剂颗粒在目标解吸时间下的剩余吸附量。本发明通过在Lan*解吸动力学模型中引进固液比构建改进Lan*解吸动力学模型，能够快速完成任一解吸时间单位质量吸附剂的吸附质剩余吸附量的预测。

技术领域

本发明涉及污染颗粒解吸研究技术领域，特别是涉及一种污染吸附剂颗粒剩余吸附量确定方法及系统。

背景技术

目前，对于颗粒吸附解吸污染物研究，关注点大多都在吸附等温线，对动力学的研究相对较少。但是仅依靠吸附等温线不能完全描述吸附解吸现象，需要考虑吸附和解吸过程。解吸是指在固-液界面上，吸附质从固相物体中释放，其在溶液中的浓度升高而在固相上的浓度对应降低的现象。解吸动力学是指被吸附在颗粒相(如土壤或沉积物等)上的吸附质(油类污染物、重金属、营养盐(如氮或磷)或有毒有机物等)重新由颗粒相释放到液相的过程，是研究颗粒相污染物浓度(或解吸量)随时间的变化规律的重要影响因素。

目前，吸附质在颗粒相中的解吸动力学模型包括Elovich(人名，音译为伊洛维奇)动力学模型、伪一级动力学(Pseudo-First-Order，PFO)模型和伪二级动力学(PSO，Pseudo-second-order)模型等。各模型公式形式如下：

Elovich动力学模型为：

伪一级动力学模型为：

伪二级动力学模型为：

其中，为t时刻单位质量吸附剂对吸附质的解吸量，单位为mg/kg；为解吸平衡时单位质量吸附剂对吸附质的解吸量，单位为mg/kg；a和b均为Elovich吸附动力学模型常数；t为吸附时间，单位为s；K₁位准一级反应动力学速率常数，单位为1/s；K₂位准二级反应动力学速率常数，单位为kg/(mg·s)。

研究发现，不同类型(或来源)的沉积物(或土壤)对油类污染物、重金属、氮磷污染物或有机物的吸附和解吸过程，在不同条件下适用的动力学模型并不一致。动力学模型大多包括多个可调节参数，可以很好地解释实验数据，但缺乏理论基础，不能反映解吸过程的机理，拟合得到的参数会随着实验条件的改变而变化，限制了这些模型进一步应用。Allen等和Febrianto等分别发现不同系统中的PFO动力学模型的速率常数与溶质浓度密切相关。PSO动力学模型的动力学速率常数与溶液pH值、离子初始浓度、温度和震荡速率等操作条件相关。关于动力学公式的研究主要以统计数据和经验公式为基础，对各吸附解吸动力学模型的适用情况、模拟机理没有系统全面的认识。一些研究将吸附解吸视为一个迅速的非平衡过程，用一级或可逆的非线性动力学公式来描述吸附和解吸，吸附解吸机理被过分简化。

Elovich模型是没有明确物理意义的经验模型，不能提供有关传质机理的重要信息。该模型最早是用来研究气固界面吸附解吸，对于液固界面吸附解吸，有一定的局限性。在PFO模型和PSO模型的推导过程中，没有考虑质量守恒以及固液比对动力学参数的影响，同样不合理。PFO动力学模型只能描述动力学过程的初始阶段。PFO模型和PSO模型对实验数据的良好拟合仅仅是数学和实验条件选择的结果。Elovich模型、PFO动力学模型和PSO动力学模型中不包含外部实验条件，如颗粒物浓度或颗粒物干容重(固液比)，使得这些模型没有预报计算能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种污染吸附剂颗粒剩余吸附量确定方法及系统，在Lan*解吸动力学模型中引进固液比，构建改进Lan*解吸动力学模型，能够快速完成任一解吸时间单位质量吸附剂的吸附质剩余吸附量的预测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：