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活性炭的再生方法

来源:美源净水 时间:2017-08-24 点击次数:

     活性炭的再生方法

    一、再生方法概述

    1.概述

    我们知道,活性炭在使用过程中渐渐达到吸附平衡,最后失去吸附能力,这时吸附操作就需更換新的活性炭。随着活性炭用量的不断增加,其消耗量迅速增大。因此,为了满足各行各业对活性炭日益增长的需求,除积极开发新的原料来源,大量生产廉价的活性炭以外,如何将用过的废活性炭再生,恢复其吸附能力而重复使用,也是活性炭工业开源节流的重要途径。

    所谓再生,即是使失去吸附能力的废活性炭恢复原来的特性,以供在吸附工艺中重新使用的操作。再生时,随废炭的使用状况即过去使用的方法、吸附什么样的物质以及吸附量等的不同,再生方法也犬不一样。同时,再生时为了避免损害活性炭基体原有的吸附能力,活性炭的性质(基于原料和活化方法所形成的各种性质以及粒度等)与再生方法及再生条件的选择密切相关。此外,废活性炭中除了主要的被吸附物质以外,还吸附有性质各异的其他物质时,随着连续数次反复再生使用就会积累在活性炭中,因此再生时也需考虑清除这些物质的相应措施。

    尤其近年来,活性炭大量用于废水处理系统,再生方法已成为影响吸附操作经济成本的关键因素之一。为此,当前世界各国都在积极地开展活性炭再生方法及工艺的研究。可以说,活性炭的再生是活性炭制造工艺研究的继续。换言之,如何使活性炭反复再生使用,这不仅仅是再生工艺需要解决的问题,而且也与活性炭制造工艺本身密切相关。因此 对其进行深入的研究,将起到相互促进的作用。

    2.再生方法的种类

    我们知道,吸附过程开始时是放热的,同时由于被吸附物质、活性炭及溶剂三者之间的 亲和力不同而产生吸附平衡。因此要使被吸附物质脱附,可考虑采取如下措施。

    (1)改变被吸附物质的化学性质。

    (2)用亲和力更强的溶剂之类物质抽提被吸附物质。

    (3)用对活性炭的亲和力比被吸附物质更强的物质进行置换。

    (4)利用从外部加热升高温度之类方法,改变其吸附平衡关系。

    (5)利用降低溶剂中溶质的浓度(或压力)而进行脱附。例如当被吸附物质为特别难于脱附的高沸点有机物之类物质而采用上述哪一种方法都不理想时,可考虑使用此法。

    (6)采用分解或氧化被吸附物质(如有机物)而除去的方法。

    上述方法(1)-(5)能回收被吸附物质,且活性炭的损失也少,是其有利之点。方法 (1)也称再生反应法。此法对于那些随溶液PH等条件改变而其吸附量变化较大的被吸附物质是很有效的。但一般说来,这种情况是比较特殊的。例如在处理工业废水时,对吸附酚类 物质的活性炭吸附塔采用氢氧化钠(微热,4%的水溶液)进行再生,就是一个众所周知的典型例子。这时苯酚、硝基苯酚、氣酚、醋酸等被吸附物质变成相应的钠盐而很易脱附除去。以Dow Chemical的酚再生工艺为例,他们从处理平均含酚约500mg/L的工业废水的活性炭中,用氢氧化钠洗净、中和,即可回收平均浓度达1%的笨酚溶液加以再利用。其苯酚吸附塔再生工艺流程的梗概如图1所示。

活性炭的再生方法

    据报道,Georgia Pacific公司从处理含酚2500ppm的废水的活性炭中,用氢氧化钠洗净,可回收约89%的酚再利用。醋酸也可用上述同样的方法进行回收。

    方法(2)称为溶剂再生或溶剂抽提法。例如用合成树脂吸附剂吸附含氯杀虫剂后,用异丙醇、丙酮、甲醇之类溶剂进行洗净抽提即是一例。此外,也有用活性炭回收工厂废水中的苯酚和处理焦炉气洗涤水的生产实例。后者是用活性炭吸附含于洗涤水中的有机酸、碱及中性油之类焦油衍生物,其后在70-80℃下,用苯进行抽提,再利用蒸馏方法使抽提物与苯分离。残留在活性炭塔中的苯,用蒸汽逐出,经冷凝后于静置分离器中被回收。所得的苯与从蒸馏抽提物分离得的苯一起重复使用。其分离再生工艺的流程大致如图2所示。

活性炭的再生方法

    本法及上述再生反应法所回收的有用物质(被吸附物质)有助于降低再生工艺的经济成本。尤其是处理水中被吸附物质的浓度越高,其再生的经济效益就越大。

    上述方法(1).及(2),如果能找到合适的溶剂和反应体系,由于有用物质得以回收,同时可避免装卸活性炭时机械操作等造成的损失以及再生损失,那么此二法是很有吸引力的再生方法。至于用吸附能力比被吸附物质更强的物质进行置换的方法(3)由于还需考虑置换后所得置换物质的再生,操作较为麻烦。

    利用从外部加热使被吸附物质脱附的方法(4),对用于气相吸附的活性炭大部分可用此法再生,通常称加热脱附再生法。当用水蒸汽作热源时,称为水蒸汽再生法。如可在回收气相溶剂的活性炭吸附工段中插入再生工序,作为操作流程的一部分。这种脱附过程由于是平衡脱附,理论上可以计算其脱附速度并确定其操作条件。此法是利用热波动改变其吸附平衡关系而反复进行吸附、脱附操作。若是气相系统,在等温条件下,利用压力波动能进行吸附、脱附循环。方法(5)即属这种原理。其吸附平衡越趋近于直线的,则采用此法越有效。

    对于像水处理系统等含有多种有机物组分,且含分子量大、沸点髙的组分较多时,通常采用方法(6)进行再生。而作为氧化、分解的方法,主要有以下几种:

    ①在高温下使用氧化性气体(如O2、H2O、CO2等)氧化。

    ②利用微生物进行氧化分解。

    ③其它的高温液相氧化或用氧化剂(如H2O2之类)氧化。

    采用这些氧化方法除去吸附的有机物具有普遍性,怛同时也会消耗一部分活性炭。并且由于氧化方法具有选择性,而要达到完全氧化也是困难的。然而随着消除公害的呼声日益强烈,活性炭在水处理方面的用量不断增加,因而不得不采用上述的各种氧化方法进行再生。特别是方法①的使用,当前占主导地位;方法②利用活性炭吸附与微生物分解相互配合,颇有效果而引人注目。这两种方法下面将加以介绍。对于方法③的化学氧化法,有采用氧化剂的方法和在高温、高压下进行液相氧化的方法。关于前者,Johnson等人对用于多次处理污水的活性炭,用氯水等九种氧化剂进行再生试验,其结果如表1所列。

活性炭的再生方法

    从表中数据可见,效果最好的是过氧化氢,第一次再生即恢复到新炭吸附能力的71%, 而第二次、第三次再生,则分别降到50%、20%以下。液相氧化最难控制的是反应的选择性,一般认为由于液相中残留有对氧化很稳定的有机物,因而此法仅适宜用于被吸附物质易受液相氧化的场合。

活性炭的再生方法

    在液相中进行高温、高压氧化的方法称为湿式氧化法。图3为用于污水处理的粉末活性炭的湿式氧化再生流程。反应器在150℃-200℃及35大气压下进行操作试验,虽然运转一次成功,但工艺条件的选择、再生过程中氧化反应的选择性、活性炭的收率以及生产规模放大的稳定性等,尚有不少问题有待进一步研究解决。

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