⑴ 什麼是活性炭的再生
活性炭再生是將吸附飽和的活性炭通過各種方法恢復其吸附性能,達到重復使用的目的。再生方法主要取決於活性炭的類型和活性炭吸附物質的性質。目前國內外較為成熟的再生方法有三種,即熱再生法、化學再生法和生物再生法。
(1) 熱再生法
熱再生法是目前發展歷史最長、應用最多、工業上最成熟的活性炭再生方法。活性炭熱再生法始於 20 世紀初,當時是採用回轉爐對骨炭進行再生;30 年代開始引用多層爐;40~50 年代再生爐技術已基本成熟。
熱再生法的原理是在加熱條件下,使被吸附的有頃山機物以解析、炭化逗迅、氧化的形式從活性炭基質上消除。活性炭熱再生一般需要多個步驟:
1)脫水,即通過機械物理作用將活性炭表面的水分除掉。
2)乾燥,乾燥溫度一般低於 100℃,主要雀指中是蒸發孔隙水,少量低沸點的有機物也會被氣化。該過程需要大量的蒸發潛熱,熱再生過程約有 50%的能耗是在乾燥過程中消耗的。
3)在約 350℃時加熱活性炭,使其中的低沸點有機物被分離。
4)高溫炭化,即在約 800℃加熱活性炭,使大部分有機物分解、氣化或以固定碳的形態殘留下來。
5)活化,即在 800℃~1000℃范圍內加熱活性炭,使殘留下來的炭,被水蒸氣、二氧化碳或氧氣等分解。熱再生的步驟根據加熱爐種類的不同也稍有差別,但差別不大。
熱再生法的優點:再生率較高,可達 70%~80%;再生時間短;與化學葯品再生法相比,具有很強的通用性;不產生再生廢液。缺點:再生後的活性炭損失率較高,一般為5%~10%;炭表面化學結構發生改變,比表面積減小;高溫再生對再生爐材料要求高,再生爐設備投資高;再生能耗成本較高;活性炭反復再生會喪失吸附性能。
(2)化學葯劑再生法
高濃度、低沸點的有機物吸附,宜採用化學葯劑再生。化學葯劑再生主要分為無機葯劑再生和有機葯劑再生。無機葯劑再生一般採用無機酸(硫酸、鹽酸)或鹼(氫氧化鈉)等葯劑使吸附質脫除。例如吸附高濃度酚的活性炭,可用氫氧化鈉溶液再生,酚以酚鈉鹽的形式被回收;吸附重金屬的活性炭,可以用鹽酸溶液再生。有機溶劑再生常用的溶劑有苯、丙酮和甲醇等,適用於可逆吸附,例如吸附高濃度酚的活性炭;處理焦化廠煤氣廢水的活性炭,都可用有機溶劑再生。
化學葯劑再生法的優點:針對性強,設備簡單,具有經濟優勢;可從再生液中回收有用物質;操作過程在吸附塔內進行,活性炭損失小。缺點:一般只能針對單一物質再生,通用性較差;再生率低,微孔容易堵塞,多次使用後再生率明顯降低;存在再生液二次污染的問題。
(3)生物再生法
生物再生法與生物活性炭技術相似,活性炭吸附有機物,同時微生物對有機物進行降解,從而使活性炭得到再生。由於活性炭能夠將有機物長時間吸附在其表面,所以微生物能夠將一些不易降解的有機物進行降解,使活性炭再生。但對於不能被微生物降解的有機物,生物再生法的使用會受到限制。
⑵ 活性炭再生
所謂活性炭再生,其實是指通過外界刺激帶來活性炭外部環境變化,使活性成分重新活化達到重復使用目的的操作和方法。
1.超聲波再生法?
活性炭超聲波再生法在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物質得到足以脫離吸附表面,重新腔纖和回到溶液中去。超聲再生的最大特點是只在局部施加能量,而不需將大量的水溶液和活性炭加熱,因而施加的能量很小。
2.電化學再生法?
電化學再生法是將活性炭填充在兩個主電極之間,在電解液中,加以直流電場,活性炭在電場作用下極化,一端成陽極,另一端呈陰極,形成微電解槽,在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發生還原反應和氧化反應,吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因電泳力作用發生脫附。電化學法的特點是能耗低,其處理對象所受局限性較小,工藝完善,可避免二次污染。
3.超臨界流體再生法?
超臨界流體再生法在CO2的臨界點附近,對氨基苯磺酸而言,CO2超臨界流體法再生的最佳溫度為308K,當溫度超過308K時,再生不受影響;當流速大於1.47×10-4m/s時,流速不影響再生;用HCl溶液處理後,會使活性炭再生效果明顯改善。對苯而言,再生效率在低壓下隨溫度的下降而降低;在16.0MPa壓力時的最佳再生溫度為318K;在實驗流速下,再生效率會隨流速加快而提高。超臨界流體再生法特點是再生效率的變化很大;對未被烘乾的活性炭,則需要延長其再生時間。
4.溶劑再生法?
溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質三者之間的相平衡關系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將伍盯吸附質從活性炭上脫附下來。
5.濕式氧化再生法??
在高溫高壓的條件下,(一般溫度230°C)用氧氣或空氣作為氧化劑,將處於液相狀態下活性炭上吸附的有機物氧化分解成小分子的一種處理方法,稱為濕式氧化再生法。實驗獲得的活性炭最佳再生條件為:再生溫度230°C,再生時間1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率達到(45±5)%,經5次循環再生,其再生效率僅下降3%。活性炭表面微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因。
6.熱再生法?
熱再生法分為乾燥、高溫炭化及活化三個階段。 在乾燥階段,主要去除活性炭上的可揮發成分。高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機物沸騰、汽化脫附,一部分有機物發生分解反應,生成小分子烴脫附出來,殘余成分留在活性炭孔隙內成為「固定炭」。在這一階段,溫度將達到800~900°C,為避免活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性氣氛下進行。接下來的活化階段中,往反應釜內通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體,以清理活性炭微孔,使其恢復吸附性能。
7.生物再生法
生物再生法是利用經馴化過的細菌,解析活性炭上吸附的有機物,並進一步消化分解成H2O和CO2的過程。生物再生法與污水處理中的生物法相類似,也有好氧法與厭氧法之分。由於活性炭本身的孔徑很小,有的只有幾納米,微生物不能進入這樣的孔隙,通常認為在再生過程中會發生細胞自溶現象,即細胞酶流至胞外,而活性炭對酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,從而促進豎模污染物分解,達到再生的目的。生物法簡單易行,投資和運行費用較低,但所需時間較長,受水質和溫度的影響很大。