隨著活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛,活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的活性炭無法回收,除了每噸廢水的處理費(fèi)用將會增加0.83～0.90元外,還會對環(huán)境造成二次污染。因此,活性炭的再生具有格外重要的意義。
活性炭再生技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
活性炭是一種無毒無味,具有發(fā)達(dá)細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的優(yōu)良吸附劑。20世紀(jì)60年代初,歐美各國開始大量使用 活性炭吸附法處理城市飲用水和工業(yè)廢水。目前,活性炭吸附法已成為城市污水、工業(yè)廢水深度處理和污染水源凈化的一種有效手段。我國于20世紀(jì)60年代已將 活性炭用于二硫化碳廢水處理,自20世紀(jì)70年代初以來,采用粒狀活性炭處理工業(yè)廢水,不論是在技術(shù)上,還是在應(yīng)用范圍和處理規(guī)模上都發(fā)展很快,如在煉油 廢水、炸藥廢水、印染廢水、化工廢水和電鍍廢水處理等方面都已有了較大規(guī)模的應(yīng)用,并取得了滿意的效果。
隨著活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛,活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的活性炭無法回收,除了每噸廢水的處理費(fèi)用將會增加0.83～0.90元外,還會對環(huán)境造成二次污染。因此,活性炭的再生具有格外重要的意義。
1傳統(tǒng)活性炭再生方法
1.1熱再生法
熱再生法是目前應(yīng)用最多,工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法。處理有機(jī)廢水后的活性炭在再生過程中,根據(jù)加熱到不同溫度時有機(jī)物的變化,一般分為干燥、高溫炭化 及活化三個階段。在干燥階段,主要去除活性炭上的可揮發(fā)成分。高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機(jī)物沸騰、汽化脫附,一部分有機(jī)物發(fā)生分解反應(yīng),生 成小分子烴脫附出來,殘余成分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。在這一階段,溫度將達(dá)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(jìn)行。接下來的活化階段中,往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體,以清理活性炭微孔,使其恢復(fù)吸附性能,活化階段是整個再生工藝的關(guān)鍵。熱 再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點,但在再生過程中,須外加能源加熱,投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。
1.2生物再生法
生物法簡單易行,投資和運(yùn)行費(fèi)用較低,但所需時 間較長,受水質(zhì)和溫度的影響很大。微生物處理污染物的針對性很強(qiáng),需就特定物質(zhì)專門馴化。且在降解過程中一般不能將所有的有機(jī)物徹底分解成CO2和 H2O,其中間產(chǎn)物仍殘留在活性炭上,積累在微孔中,多次循環(huán)后再生效率會明顯降低。因而限制了生物再生法的工業(yè)化應(yīng)用。
1.3濕式氧化再生法
在高溫高壓的條件下,用氧氣或空氣作為氧化劑,將處于液相狀態(tài)下
活性炭上吸附的有機(jī)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。再生條件一般為 200～250°C,3～7MPa,再生時間大多在60min以內(nèi)。濕式氧化再生法處理對象廣泛,反應(yīng)時間短,再生效率穩(wěn)定,再生開始后無需另外加熱。但 對于某些難降解有機(jī)物,可能會產(chǎn)生毒性更大的中間產(chǎn)物。傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外,通常還有三點共同的缺陷:(1)再生過程中活性炭損失往往較大;(2)再生后活性炭吸附能力會有明顯下降;(3)再生時產(chǎn)生的尾氣會造成空氣的二次污染。因此,人們或?qū)鹘y(tǒng)的再生技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),或探索全新的再生技術(shù)。
2目前新興的活性炭再生技術(shù)
2.1溶劑再生法
溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將吸附質(zhì)從活性炭上脫附下來。這種再生工 藝一般通過以下三種途徑來實現(xiàn):改變污染物的化學(xué)性質(zhì);使用對污染物親和力比活性炭更強(qiáng)的溶劑來萃取;使用對活性炭親和力比污染物更強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行置換(一 般僅用于以吸附質(zhì)回收為目的的使用)。根據(jù)所用溶劑的不同可分為無機(jī)溶劑再生法和有機(jī)溶劑再生法。
溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附,如對高濃度、低沸點有機(jī)廢水的吸附。它的針對性較強(qiáng),往往一種溶劑只能脫附某些污染物,而水處理過程中的污染物種類繁多,變化不定,因此一種特定溶劑的應(yīng)用范圍較窄。
2.2電化學(xué)再生法
電化學(xué)再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方法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(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng),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(fā)生脫附。該方法操作方便且效率高、能耗低,其處理對象所受局限性較小,若處理工藝完善,可以避免二次污染。
2.3超臨界流體再生法
物質(zhì)的溫度和壓力高于其臨界溫度和臨界壓力時,稱為超 臨界流體。許多物質(zhì)在常壓常溫下對某些溶質(zhì)的溶解能力極小,而在亞臨界狀態(tài)(近于臨界狀態(tài))或超臨界狀態(tài)下卻具有異常大的溶解能力。在超臨界狀態(tài)下,稍改 變壓力,溶解度會產(chǎn)生有數(shù)量級的變化。利用這種性質(zhì),可以把超臨界流體作為萃取劑,通過調(diào)節(jié)操作壓力來實現(xiàn)溶質(zhì)的分離,即超臨界流體萃取技術(shù)。
二氧化碳的 臨界溫度為31℃,近于常溫,臨界壓力(7.2MPa)不甚高,具有無毒、不可燃、不污染環(huán)境以及易獲得超臨界狀態(tài)等優(yōu)點,是超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用中首 選的萃取劑。據(jù)最近的研究資料表明,在CO2的臨界點附近,再生效率的變化很大;對未被烘干的活性炭,則需要延長其再生時間。對氨基苯磺酸而言,CO2超 臨界流體法再生的******溫度為308K,當(dāng)溫度超過308K時,再生不受影響;當(dāng)流速大于1.47×10-4m/s時,流速不影響再生;用HCl溶液處理 后,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******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。
2.4超聲波再生法
由于活性炭熱再生需要將全部活性炭、被吸附物質(zhì)及大量的水份都加熱到較高的溫 度,有時甚至達(dá)到汽化溫度,因此能量消耗很大,且工藝設(shè)備復(fù)雜。其實,如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物質(zhì)得到足以脫離吸附表面,重新回到溶液 中去的能量,就可以達(dá)到再生活性炭的目的。超聲波再生就是針對這一點而提出的。超聲再生的******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。
2.5微波輻照再生法
微波輻照再生法是在熱再生法 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的活性炭再生技術(shù)。其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實現(xiàn)再生。東南大學(xué)傅大放等以新炭碘值變化為評價標(biāo)準(zhǔn),研究吸附了十二烷基苯磺酸 鈉的活性炭微波再生條件。通過正交試驗,探討了活性炭再生效率與微波功率、微波輻照時間、活性炭的吸附量等因素的關(guān)系。試驗中的******再生效率出現(xiàn)在功率為 HI(W),輻照時間約為80s時。比較極差S可知,對再生后活性炭碘值恢復(fù)影響******的是微波功率,其次是輻照時間,最后是活性炭的吸附量。微波輻照法再 生活性炭的時間短。能耗低、設(shè)備構(gòu)造簡單,具有較好的應(yīng)用前景。然而,在微波加熱使有機(jī)物脫附過程中,是否有其它的中間產(chǎn)物產(chǎn)生等問題還有待于進(jìn)一步研 究。
2.6催化濕式氧化法
傳統(tǒng)濕式氧化法再生效率不高,能耗較大。再生溫度是影響再生效率的主要原因,但提高再生溫度 會增加活性炭的表面氧化,從而降低再生效率。因此,人們考慮借助高效催化劑,采用催化濕式氧化法再生活性炭。同濟(jì)大學(xué)水環(huán)境控制與資源化研究國家重點實驗 室的科研人員正在開展此方面的研究。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心,活性炭再生工藝與技術(shù)日益得到人們的重視。一些傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)與工藝在近幾年有 了新的改進(jìn)與突破。同時新再生技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。雖然這些新興技術(shù)在工藝路線上還不成熟,目前尚無法投入工業(yè)使用。但它們的出現(xiàn)為活性炭的再生帶來了新思 路與新探討。
活性炭碳化料市場預(yù)測分析
在煤基活性炭液相應(yīng)主要包括脫色、貴金屬回收及水處理等，活性炭應(yīng)用于各種油品的雜質(zhì)脫 除及脫 色精制，使油品質(zhì)量大幅度提高;用活性炭撮黃鑫等貴金屬也在國內(nèi)外金礦得到普遍應(yīng)用;值得一提的是，在酒類加工中，使用活性炭可以提高酒質(zhì)的穩(wěn)定性，延長保存期，使低度酒澄清透明，同時還可以增加酒的風(fēng)味，改善口感，從而提高了酒的等級。
煤其活性炭市場容量******的應(yīng)用領(lǐng)域是水處理， 水處理用活性炭分為城市飲用水、家庭飲用水及工業(yè)廢水治理用活性炭。據(jù)報道，國內(nèi)現(xiàn)有7億人飲用含 細(xì)菌的不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水，24%的人飲用水水質(zhì)不良，嚴(yán)懲危害著人們的生存和健康?；钚蕴靠梢猿ニ形⒘康挠袡C(jī)物，如表面活性劑、酚類、胺類等，使水質(zhì)得以凈化，因此活性炭在我們城市飲用水領(lǐng)域應(yīng)用市場很大。
在煤基活性炭的氣相應(yīng)中，其主要用于氣體凈化和溶劑回收，工業(yè)廢氣的治理，煙氣脫 硫以及毒氣防護(hù)等。在原子反應(yīng)堆或應(yīng)用放射性的一些領(lǐng)域，活性炭可用于吸附清除放射性氣體和蒸汽，防止放射性污染;在使用汽油、苯等揮發(fā)性溶劑的工業(yè)部門及汽車行業(yè)，用活性炭吸附回收揮發(fā)性溶劑和汽油一，既保護(hù)人們的工作環(huán)境不被污染，又減少溶劑的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本;防毒 保護(hù)是活性炭最早的氣相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域之一，從第一次世界大戰(zhàn)時起，活性炭就被用做防毒面具，至今仍被廣泛應(yīng)用，只是和當(dāng)初相比，防毒保護(hù)用活性炭的性能已有很大提高。
煤基活性炭是一種寶貴的催化劑和催化劑載體，在許多催化領(lǐng)域均有應(yīng)用。目前活性炭作為催化劑主要用于煤氣中HS的氧化脫 除、鹵素的置換反應(yīng)、光氣合成和有機(jī)合成反應(yīng)中的異構(gòu)化、過氧化氫及臭氧的分解等;作為催化劑載體主要用作維尼綸生產(chǎn)中的醋酸 鋅載體及氯乙烯合成反應(yīng)中催化劑鈀的載體等
