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活性炭再生方法介绍
浏览次数:163次    发布日期:2022-11-11
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活性炭作为工业中最为常见的吸附剂,吸附饱和后需要再生循环利用,以降低环境污染和企业运行成本,活性炭再生方法一般分为传统再生方法和新型再生方法,传统再生方法包括热再生法、生物再生法、化学溶剂再生法、湿式氧化再生法,新型的再生方法包括电化学再生法、微波辐照再生法、超声波再生法、催化湿式氧化法、超临界流体再生法。

传统再生方法

01-热再生法

热再生法应用最多,是工业上最成熟的活性炭再生方法。活性炭在再生过程中,根据加热到不同温度时有机物的变化,一般分为干燥、高温炭化及活化三个阶段。在干燥阶段,主要去除活性炭上的可挥发成分。高温炭化阶段是使活性炭上吸附的一部分有机物沸腾、汽化脱附,一部分有机物发生分解反应,生成小分子烃脱附出来,残余成分留在活性炭孔隙内成为“固定炭”。在这一阶段,温度将达到800~900℃,为避免活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性气氛下进行。接下来的活化阶段中,往反应釜内通入CO2、CO、H2或水蒸气等气体,以清理活性炭微孔,使其恢复吸附性能,活化阶段是整个再生工艺的关键。热再生法虽然有再生效率高、应用范围广的特点,但在再生过程中,须外加能源加热,尾气处理工艺复杂,投资及运行费用较高。

02-生物再生法

生物再生法是利用经驯化过的细菌,解析活性炭上吸附的有机物,并进一步消化分解成H2O和CO2的过程。生物再生法与污水处理中的生物法相类似,也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小,有的只有几纳米,微生物不能进入这样的孔隙,通常认为在再生过程中会发生细胞自溶现象,即细胞酶流至胞外,而活性炭对酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,从而促进污染物分解,达到再生的目的。生物法简单易行,投资和运行费用较低,但所需时间较长,受水质和温度的影响很大。

03-化学溶剂再生法

化学溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,将吸附质从活性炭上脱附下来。溶剂再生法比较适用于那些可逆吸附,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物,而水处理过程中的污染物种类繁多,变化不定,因此一种特定溶剂的应用范围较窄。

04-湿式氧化再生法

湿式氧化再生法是指在高沮高压的条件下,用长气或空气作为权化剂,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物权化分解成小分子的一种处理方法。湿式氧化法多用于粉状炭的再生,其再生过程是:将含5%-10%浓度的饱和炭浆与压缩空气加热后一起送入权化反应塔。在200-250℃,3-7MPa的条件下进行氧化反应,此时吸附在活性炭表面上的有机污染物在水热环境中脱附,然后从活性炭内部向外部扩散,进入溶液。而氧从气相传输进入液相,通过产生羚基自由基(·OH)氧化脱附出来的有机物。湿式氧化法具有投资少、工艺操作简单、活性炭损失率低、过程无二次污染、对吸附性能影响小等特点,但该技术通常用于再生粉末活性炭,适宜处理毒性高,生物难降解的吸附质,这种方法的再生系统附属设施多,操作较麻烦。

以上传统的再生方法因炭损失量较高、再生效果一般、二次污染严重等问题使其应用逐步受到限制,需要对传统技术进行改进升级,或探索全新的再生技术。

新型再生方法

05-电化学再生法

电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,加以直流电场,活性炭在电场作用下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解槽,在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应,吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低,其处理对象所受局限性较小,若处理工艺完善,可以避免二次污染。

实验结果表明,电化学再生活性炭具有较高的再生效率,可达到90%。此外,对工艺参数的研究表明,再生位置是活性炭再生工艺中最重要的影响因素,电解质NaCl浓度是较重要的影响因素,再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。

06-微波辐照再生法

微波辐照再生法是利用微波选择性加热、体积加热、穿透性加热、升温迅速等独有特点,将废旧活性炭中的吸附质解析、脱附出来,达到再生的目的。其原理是利用活性炭吸附的极性物质分子(如水分子、有机物等)在微波场中会受到诱导而产生偶极转向极化,短时间内将微波能迅速转化为热能,从而使吸附在活性炭孔隙内部的有机物分子和水分子达到高温活化条件,发生有机物的分解、炭化及与高温水分子间的活化反应,活性炭的吸附性能得以恢复,同时一部分有机物受热分解成二氧化碳和水蒸气,产生的蒸气压从原料内部向外部爆炸般的喷出,产生强烈的扩散作用,使得活性炭的大部分孔隙得到恢复,形成显著的多孔结构,从而使活性炭吸附性能恢复甚至有所提升。与传统热再生法不同的是加热方式,微波对极性物质加热,相对于传统加热方法由外向内加热,它是由内向外加热,大大缩短加热时间,降低再生过程的炭损耗,具有再生时间短、能耗低,再生效率高等显著优势,推广应用前景非常广阔。然而,该方法技术难度较大,目前市场上鲜有工业化应用比较成熟的装备。

07-超声波再生法

由于活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水分都加热到较高的温度,有时甚至达到汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。其实,如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物质得到足以脱离吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以达到再生活性炭的目的。超声波再生就是针对这一点而提出的。超声再生的最大特点是只在局部施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因而施加的能量很小。研究表明经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加2~3℃。每处理1L活性炭采用功率为50W的超声发生器120min,相当于每立方米活性炭再生时耗电100kWh,每再生一次的活性炭损耗仅为干燥质量的0.6%~0.8%,耗水为活性炭体积的10倍。但其只对物理吸附有效,再生效率仅为45%左右,且活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。

08-催化湿式氧化法

传统湿式氧化法再生效率不高,能耗较大。再生温度是影响再生效率的主要原因,但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化,从而降低再生效率。因此,人们考虑借助高效催化剂,采用催化湿式氧化法再生活性炭。

09-超临界流体再生法

据最近的研究资料表明,在CO2的临界点附近,再生效率的变化很大;对未被烘干的活性炭,则需要延长其再生时间。对氨基苯磺酸而言,CO2超临界流体法再生的最佳温度为308K,当温度超过308K时,再生不受影响;当流速大于1.47×10-4m/s时,流速不影响再生;用HCl溶液处理后,会使活性炭再生效果明显改善。对苯而言,再生效率在低压下随温度的下降而降低;在16.0MPa压力时的最佳再生温度为318K;在实验流速下,再生效率会随流速加快而提高。

随着国家无废城市建设以及绿色循环经济发展的要求,活性炭再生新技术与方法将不断得到改进或者创新。目前这些新型技术有的还在研究中,尚未工业化应用,有的已经有了应用示范项目,正在初步推广应用。未来在双碳目标政策的驱动下,这些新型活性炭再生技术将逐步成为市场的主角。

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