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传统果壳活性炭再生法与新兴果壳活性炭再生法

浏览量: 点击次数:425 更新时间:2022-09-14   时间:2022-09-14

传统果壳活性炭再生法
加热再生法
    采用外部加热方法,改变吸附平衡关系,达到吸附和分解的目的,是目前果壳活性炭再生普遍采用的一种方法.
    根据吸附在果壳活性炭上的有机物分解脱附的温度的不同,采用加热再生所需的温度也不同,可分为低温再生法(采用水蒸气再生,温度在100-200度,吸附的有机物易脱附型(沸点低))和高温再生法(采用水蒸气、CO2、O2等气体,再生温度在750-950度).要使牢固吸附在饱和炭上的不可逆吸附有机物脱附,恢复果壳活性炭活性,高温加热是*恰当的方法.
    在高温加热再生过程中,吸附在果壳活性炭上的有机物会根据加热温度的不同而发生变化,这种变化一般分为干燥、炭化及活化三个阶段。
    干燥阶段:加热温度一般在100-130度,使含水达40%-50%的饱和炭得到干燥。
    炭化阶段:将饱和炭加热升温,使有机物挥发分解、炭化。
    活化阶段:通过水蒸气、CO2、O2等氧化性气体作为活化性气体,使炭化阶段残留在果壳活性炭微孔中的炭,在温度为850度时分解成CO2、CO及H2气体,果壳活性炭微孔得到清理。重新恢复吸附功能。
生物再生法
    生物再生法是利用经驯化的细菌解吸果壳活性炭上吸附的有机物,进一步氧化分解为好氧法和厌氧法。
    生物的再生机理是利用生物的作用,使水中物质含量降低,使细胞发生自溶现象(即细胞的细胞酶流至胞外,在胞外发生作用),果壳活性炭对酶有吸附作用,酶在果壳活性炭表面形成酶促中心,使有机物解吸,然后再由细菌作用进行氧化分解,达到再生的目的。
    生物再生法简单易行,可达到较高的再生效率,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,微生物处理污染物的针对性很强,需旧特定物质进行专门驯化,在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成CO2和H2O,其中间产物仍留在果壳活性炭的微孔中,影响再生效率,其应用也受到限制。
新兴的再生方法
药剂再生法
    药剂再生法是利用果壳活性炭、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,使吸附质从果壳活性炭上脱附下来。
    这种再生工艺一般通过以下三种途径来实现:改变对污染物的化学性质;使用对污染物亲和力更强的溶剂来萃取:使用对果壳活性炭亲和力比污染物更强的物质来置换.药剂再生法分为无机药剂再生法和有机药剂再生法。
    无机药剂再生法主要用无机酸(H2SO4、HCL等)或(NaOH)等作再生剂,水处理中,吸附高浓度酚的饱和炭,用NaOH再生,脱附下来的酚作为酚钠盐而被回收。
    有机药剂再生法主要用苯、丙酮及甲醛等有机溶剂萃取吸附在果壳活性炭上的污染物质。
    药剂再生法适合用于吸附在果壳活性炭上的有机物为高浓度、低沸点的饱和炭的再生。药剂再生法的而对特定溶剂的应用范围有一定的限制。
电化学再生法
    电化学再生法是正在研究的新型果壳活性炭再生技术。将饱和的粒状炭置在一电解质溶液中,并与一电极相连,阴阳极均为金属铂电极(被吸附物质带正电时或非离子性时,接阳极;负电时接阴极),而另一极插入电解质溶液中,接直流电进行电化学再生。
    采用电化学再生法再生果壳活性炭的效率好坏,主要取决果壳活性炭所处电极、辅助电解质的种类和浓度、再生电流的大小、再生时间等因素.实验表明,果壳活性炭在阴极上的再生效率比阳极上的再生效率要好,同时,随着再生电流的增大,再生效率也提高.选择NaCl作为辅助电解质进行电化学再生果壳活性炭效果较好.随着再生时间的增加,再生效率也提高,但到5h以后,再生效率随再生时间变化很小或不变化.
    电化学再生法再生果壳活性炭与传统方法相比效率较高,可接近90%,再生均匀,耗能少,炭损少,若工艺处理完善,可避免二次污染.
超临界萃取再生法
    利用超临界流体(SCF)萃取(SFE)再生果壳活性炭包括:果壳活性炭预处理,果壳活性炭静态吸附及果壳活性炭再生.将经过预处理及静态吸附的果壳活性炭放入再生釜,在特定的温度、压力、流速的条件下,超临界流体经再生釜,使果壳活性炭再生,这是因为超临界流体密度大,表面张力小,扩散系数大,具有溶解度大,传质速率高,扩散性能好等优点,因而可利用SCF作为溶剂,将吸附在果壳活性炭上的有机物扩散于溶解与SCF之中,根据流体性质依赖于温度和压力的关系,可以将有机物与SCF有效地分离,从而使果壳活性炭再生,根据具体情况,在工艺安排上可以实现间歇操作或连续操作.超临界流体可以一次性利用,也可以循环使用,与传统的果壳活性炭再生法比较,具有温度低,节约能源以及再生过程中果壳活性炭无任何损耗,无二次污染等优点.
    影响再生效率及再生速度的因素主要有温度、压力、超临界流体的性质和流速、果壳活性炭粒度及含水率等.不同条件下,起主导作用的因素不同.当压力不太高时,超临界流体的密度是主要影响因素,因此,在一定范围内,温度降低和压力提高都能提高再生效率.当压力达到一定值时,超临界流体的粘度对扩散速度的影响逐渐提高.所以,当压力较高时,由于密度和粘度的共同作用,温度对再生效率影响不显著.在低流速情况下,提高流临界流体在果壳活性炭微孔中停留时间较长,与果壳活性炭表面接触比较充分,能量交换比较完全.果壳活性炭粒度减小增加了扩散有效总表面积,提高了扩散速率,减少了再生过程中达到再生极限的平衡时 间.
    超临界流体对废果壳活性炭再生效果比较理想,在较温和的条件下就可达到较理想的再生效果,并且多次循环使用再生后,果壳活性炭仍能保持较高的吸附性能,由此可见,超临界流体萃取法再生果壳活性炭具有广阔应用前景.
微波辐射再生法
    微波辐射再生法是在热再生法基础发展起来的再生方法.其原理是经过微波辐射果壳活性炭,经过高温使有机物炭化、活化,从而恢复其吸附能力的一种方法.它采用间接或直接加热果壳活性炭并用水蒸汽活化,且必须在密闭条件下控制氧量,实验过程中一般要控制升温速率,以防止炭质灰化。再生时间一般为1-6h.
    微波辐射过程中,果壳活性炭吸收微波能使温度1000℃以上.在果壳活性炭的孔隙中吸附着有机物和CO、CO2、水蒸汽等,在微波作用下,克服范德华力的吸引开始脱附,随微波能量的聚集,有机物一部分燃烧分解放出气体,一部分炭化,这部分炭和原有的残留炭在高温下发生水煤气反应后被去除,因而果壳活性炭内部孔隙逐渐扩大得到再生.
    影响果壳活性炭再生效率的因素有微波功率、微波辐照时间和果壳活性炭吸附量三个主要因素。实验表明,微波功率低,辐照时间短,果壳活性炭烧损严重,所以应选择合适的微波功率和时间。
    用微波辐射法再生果壳活性炭,时间段,耗能低,设备简单,但若工艺条件控制不当,则果壳活性炭烧损比较严重。
    果壳活性炭的再生既可以节省资源,降低水处理费用,同时减少环境污染。在实际应用中,应根据果壳活性炭吸附物的成分和含量,选择合适的再生方法,才能获得理想的再生效果。


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