活性炭的催化濕式氧化再生機理及其應(yīng)用研究

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(huán)境變化，使活性成分重新活化達到重復(fù)使用目 的的操作和方法。隨著活性炭行業(yè)的廣泛關(guān)注和在市場的發(fā)展，如今活性炭已應(yīng)用在生活中的各個領(lǐng)域內(nèi)。

一、 活性炭再生的定義

活性炭再生(即活化)，是指用物理或化學(xué)方法在不破壞活性炭原有結(jié)構(gòu)的前提下，將吸附于活性炭上的吸附質(zhì)予以去除，恢復(fù)其吸附性能，從而達到重復(fù)使用的目的。

1、 活性炭再生能達到的指標和效果

采用的自燃直熱回轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱型制造活性炭裝置可用較低能耗使飽和活性炭再生，該裝置對活性炭的再生利用率可達到81%-92%，再生后活性炭的理化指標達到或接近新炭標準，在國內(nèi)該領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。

2、 對飽和活性炭再生的技術(shù)先進性

(1) 連續(xù)生產(chǎn)、質(zhì)量穩(wěn)定，好控制，裝置結(jié)構(gòu)新穎，操作簡便，基礎(chǔ)設(shè)施投入少，設(shè)備體積小，設(shè)計合理;

(2) 干燥、焙燒、活化三個階段一次完成;

(3) 可接收活性炭的再生范圍較廣，飽和活性炭的顆粒只要在小于50目以下，都可以再生，對一些不太導(dǎo)電的飽和活性炭難于用放電加熱的再生方法的就可以在該裝置中進行活化再生;

(4) 活化溫度大于800℃設(shè)備正常運行后，不需外部補充熱量;

(5) 通入活化氣體即可對炭化料進行活化，制造出新的活性炭，并補充一定量的空氣，來得到制造活性炭所需要的溫度;

(6) 整個制造新炭、再生活性炭操作過程可實現(xiàn)自動控制;

3、采用再生方式

根據(jù)多年積累的經(jīng)驗，首選高溫加熱再生法，高溫加熱再生法的優(yōu)點在于其在再生過程中能分解多種物質(zhì)，再生環(huán)境良好，從而成為主要再生方法。常用的高溫加熱再生方法有:多層活化爐、流動層活化爐及回轉(zhuǎn)式活化爐,采用的是擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的回轉(zhuǎn)爐，其特點是能使飽和活性炭在爐堂內(nèi)滾動均勻，活化透徹，特別是與其它爐型相比，具有更為穩(wěn)定及可靠的再生質(zhì)量。

三、 活性炭再生的意義

國家先后發(fā)布了《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》、《"十二五"循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》等文件，鼓勵各行業(yè)重視和加強生產(chǎn)、生活中所產(chǎn)生廢物的再利用?；钚蕴孔鳛槭褂脧V泛的一種吸附劑，各類行業(yè)年使用量相當可觀，再生飽和活性炭再利用具有很強的經(jīng)濟、環(huán)境效益，受到國家政策支持和鼓勵。

1、 有利于循環(huán)經(jīng)濟

活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛，但是由于活性炭在使用過程中容易飽和而失去吸附能力，從而必須通過經(jīng)常更換來達到使用效果。而活性炭價格昂貴，每次更換新炭，就會提升企業(yè)的運行成本，所以必須要考慮對飽和活性炭進行再生利用，以達到循環(huán)經(jīng)濟的目的。

2、 有利于節(jié)能減排

1噸飽和活性炭如果作為廢棄物被焚燒掉，則相當于對大氣釋放0.128噸二氧化碳。制成1噸優(yōu)質(zhì)活性炭，需要消耗8噸木材或者8噸原煤，活性炭的再生可以大量減少對煤資源的消耗，減少大氣污染，降低能源浪費。

四、 飽和活性炭再生的方式

活性炭的再生方法有很多種，例如:加熱再生法、生物再生法、濕式氧化法、溶劑再生法、電化學(xué)再生法、催化濕式氧化法等。

(1)加熱再生法

加熱再生法是應(yīng)用最多，工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法。處理有機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物沸騰、汽化脫附，一部分有機物發(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(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，投資及運行費用較高。

(2)生物再生法

生物再生法是利用經(jīng)馴化過的細菌，解析活性炭上吸附的有機物，并進一步消化分解成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。由于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(fā)生細胞自溶現(xiàn)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(zhì)和溫度的影響很大。

(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℃，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(jīng)5次循環(huán)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。

(4)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。溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附，如對高濃度、低沸點有機廢水的吸附。它的針對性較強,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。

(5)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。

(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。