活性炭的催化濕式氧化再生機(jī)理及其應(yīng)用研究

所謂活性炭再生，其實(shí)是指通過(guò)外界刺激帶來(lái)活性炭外部環(huán)境變化，使活性成分重新活化達(dá)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(chǎng)的發(fā)展，如今活性炭已應(yīng)用在生活中的各個(gè)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(dá)到重復(fù)使用的目的。

1、 活性炭再生能達(dá)到的指標(biāo)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(duì)活性炭的再生利用率可達(dá)到81%-92%，再生后活性炭的理化指標(biāo)達(dá)到或接近新炭標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。

2、 對(duì)飽和活性炭再生的技術(shù)先進(jìn)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(jiǎn)便，基礎(chǔ)設(shè)施投入少，設(shè)備體積小，設(shè)計(jì)合理;

(2) 干燥、焙燒、活化三個(gè)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(duì)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(jìn)行活化再生;

(4) 活化溫度大于800℃設(shè)備正常運(yùn)行后，不需外部補(bǔ)充熱量;

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

(6) 整個(gè)制造新炭、再生活性炭操作過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;

3、采用再生方式

根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)，首選高溫加熱再生法，高溫加熱再生法的優(yōu)點(diǎn)在于其在再生過(guò)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(dòng)層活化爐及回轉(zhuǎn)式活化爐,采用的是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的回轉(zhuǎn)爐，其特點(diǎn)是能使飽和活性炭在爐堂內(nèi)滾動(dòng)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(guó)家先后發(fā)布了《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》、《"十二五"循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》等文件，鼓勵(lì)各行業(yè)重視和加強(qiáng)生產(chǎn)、生活中所產(chǎn)生廢物的再利用。活性炭作為使用廣泛的一種吸附劑，各類(lèi)行業(yè)年使用量相當(dāng)可觀，再生飽和活性炭再利用具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，受到國(guó)家政策支持和鼓勵(lì)。

1、 有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)

活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛，但是由于活性炭在使用過(guò)程中容易飽和而失去吸附能力，從而必須通過(guò)經(jīng)常更換來(lái)達(dá)到使用效果。而活性炭?jī)r(jià)格昂貴，每次更換新炭，就會(huì)提升企業(yè)的運(yùn)行成本，所以必須要考慮對(duì)飽和活性炭進(jìn)行再生利用，以達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(dāng)于對(duì)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(duì)煤資源的消耗，減少大氣污染，降低能源浪費(fèi)。

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(jī)廢水后的活性炭在再生過(guò)程中，根據(jù)加熱到不同溫度時(shí)有機(jī)物的變化，一般分為干燥、高溫炭化及活化三個(gè)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(lái)，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(lái)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(gè)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(diǎn)，但在再生過(guò)程中,須外加能源加熱，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。

(2)生物再生法

生物再生法是利用經(jīng)馴化過(guò)的細(xì)菌，解析活性炭上吸附的有機(jī)物，并進(jìn)一步消化分解成H2O和CO2的過(guò)程。生物再生法與污水處理中的生物法相類(lèi)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(jìn)入這樣的孔隙，通常認(rèn)為在再生過(guò)程中會(huì)發(fā)生細(xì)胞自溶現(xiàn)象，即細(xì)胞酶流至胞外，而活性炭對(duì)酶有吸附作用，因此在炭表面形成酶促中心，從而促進(jìn)污染物分解，達(dá)到再生的目的。生物法簡(jiǎn)單易行，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但所需時(shí)間較長(zhǎng)，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(jī)物氧化分解成小分子的一種處理方法，稱(chēng)為濕式氧化再生法。實(shí)驗(yàn)獲得的活性炭最佳再生條件為:再生溫度230℃，再生時(shí)間1h，充氧PO20.6MPa,加炭量15g，加水量300mL。再生效率達(dá)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(guò)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(lái)。溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附，如對(duì)高濃度、低沸點(diǎn)有機(jī)廢水的吸附。它的針對(duì)性較強(qiáng),往往一種溶劑只能脫附某些污染物，而水處理過(guò)程中的污染物種類(lèi)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(gè)主電極之間，在電解液中，加以直流電場(chǎng)，活性炭在電場(chǎng)作用下極化，一端成陽(yáng)極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性炭的陰極部位和陽(yáng)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(duì)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(huì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員正在開(kāi)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。