1、I摘 要主要介绍了活性炭的应用及活性再生方法。活性炭广泛用于化工、医药、环保、航天、农药、废水处理等诸多领域中，在研究及生产中起到了非常重要的作用。活性炭的活性再生方法主要有传统的热再生法、生物再生法、溶剂再生法，及新兴的超临界流体再生法、电化学再生法、光催化再生法和微波辐射加热法等。微波辐射再生法作为一种高效、节能、省时的再生技术,具有巨大的发展潜力和优势。关键词: 活性炭 活性再生II目录第一章 引言 .1第二章 常用的活性再生法 .22.1 传统的活性炭再生方法 .22.1.1 热再生法 22.1.2 生物再生法 22.1.3 溶剂再生法 22.2 新兴的活性炭再生技术法 .32.2.1
2、 超临界流体再生法 .32.2.2 电化学再生法 .32.2.3 光催化再生法 .42.2.4 微波辐射再生法 .4第三章 小结 .5第四章 致谢 .6第五章 参考文献 .71第一章 引言活性炭是一种具有丰富空隙结构和巨大比表面积的炭质吸附材料，作为一种优良吸附剂，具有吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高，且可方便再生等特点，被广泛应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生、环境保护等领域、20 世纪 60 年代初，欧美谷国升始大量便用活性炭吸附法处理城市饮用水和工业废水。目前，活性炭吸附法己成为石油化工、医药化工、农药化工、城市污水、工业废水深度处理和污染水源净化的一种有效手段。我国于 20 世
3、纪 60年代己将活性炭用于二硫化碳废水处理，自 20 世纪 70 年代初以来，采用粒状活性炭处理工业废水，不论是在技术上，还是在应用范围和处理规模上都发展很快并取得了满意的效果。活性炭作为多孔吸附材料的一种，经过脱色或吸附饱和后，其内部的孔隙结构被吸附质堵塞，从而丧失吸附能力。大量的废活性炭被丢弃后，既造成能源浪费又产生二次污染。因此，国内外对废活性炭的再生都很重视。由于活性炭的用途不同，以及在环境治理过程中的吸附方法、吸附物质和吸附量的差异，再生时采用的方法也各不相同。新活性炭的生产需要大量的森林资源.废弃的活性炭又会造成二次污染，因此活性再生研究是一项研究已久而具有应用意义的项目。2第二章
4、 常用的活性再生法2.1 传统的活性炭再生方法传统活性炭再生方法主要有热再生法、生物再生法、溶剂再生法等，这些方法中热再生法是目前应用最多、工业上相对比较成熟的活性炭再生方法1-2。2.1.1 热再生法活性炭的热再生的原理是将湿炭用高温气体慢慢干燥，在加热过程中，被吸附的有机物按其性质不同，通过水蒸气蒸馏、解吸或热分解等过程，以解吸、炭化、氧化的形式从活性炭的基质上消除3。热再生法发展历史较长，是目前被应用最多的一种再生方法。高温热再生一般采用的介质为水蒸气、烟道气、二氧化碳等惰性气体，其再生温度通常为300 900 0C。高温热再生法的优点是再生效率高、再生时间短、对吸附质基本无选择性。但是
5、热再生也有缺点，在热再生过程中炭损失较大，一般在 5%10%，再生炭机械强度下降，炭表面化学结构发生改变，比表面积减小，并且由于颗粒间的摩擦和可能被流动的氧化性气体带走，损失还会进一步增大，热再生炭的吸附效率也会有所降低，反复再生丧失吸附性能。另外，热再生所需设备较为复杂，运转费用较高，不易小型工业化。2.1.2 生物再生法生物再生法是利用经驯化过的细菌，解析活性炭上吸附的有机物，并进一步消化分解成 H20 和 CO2 的过程4。生物再生法与污水处理中的生物法相类似，也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小，有的只有几纳米，微生物不能进入这样的孔隙，通常认为在再生过程中会发生细胞自溶现
6、象，即细胞酶流至胞外，而活性炭对酶有吸附作用，因此在炭表面形成酶促中心，从而促进污染物分解，达到再生的目的。生物法简单易行，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，需就特定物质专门驯化。且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成CO:和 H20,其中间产物仍残留在活性炭上，积累在微孔中，多次循环后再生效率会明显降低。因而限制了生物再生法的工业化应用。2.1.3 溶剂再生法溶剂再生法的原理是利用活性炭、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H 值等条件，打破吸附平衡，将吸附质从活性炭上脱附下来5。3根据所用溶剂的不同可分为无
7、机溶剂再生法和有机溶剂再生法。前者用无机酸(H 2SO4 , HCl 等)或碱(NaOH 等) 作为再生溶剂 ;后者用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂，萃取吸附在活性炭上的吸附质。溶剂再生法的优点是吸附质易于回收，活性炭的损失不大。其缺点是溶剂使用后处理不当易产生二次污染，且由于废液与再生炭分离困难，对粉状活性炭难于再生。对于被吸附物质为大分子有机物质或分子结构中支链较多的有机物质来说，因“瓶颈效应”或“章鱼效应”，溶剂再生效率低，在被吸附物种类较多、成分较为复杂时，通常需要几种以上的萃取剂。有人6把热再生和溶剂再生法结合起来取得了很好的再生效果。传统的活性炭再生技术除了各自的特点外，通常还有三点共同
8、的缺陷:(1)再生过程中活性炭损失往往较大;(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。因此，人们或对传统的再生技术进行改进，或探索全新的再生技术2.2 新兴的活性炭再生技术法由于传统的活性炭再生技术受到各方面的制约，限制了其在工业上的应用，同时新的再生技术不断的得到研究。新的活性炭再生技术主要有超临界流体再生法、电化学再生法、光催化再生法和微波辐射再生法。 2.2.1 超临界流体再生法超临界流体(SCF)是指温度和压力都处于临界点以上的液体。利用 SCF 作为溶剂，将吸附在活性炭上的有机污染物扩散，溶解于 SCF 之中。根据流体性质依赖于温度和压力关系
9、，可以将有机物与 SCF 有效分离，达到再生的目的。再生过程可间歇操作也可连续操作。通过理论分析与实验结果，己证明 SCF 再生方法优于传统的活性炭再生方法7(1) 温度低，不改变污染物的化学性质和活性炭的原有结构;(2)活性炭无任何损耗;(3)方便收集污染物，切断二次污染;(4) 操作连续化;(5)SCF 再生设备占地小、操作周期短和节约能源。但是，该技术使用的超临机流体仅限于 COz，活性炭再生的过程受到限制，难以广泛的使用该技术。2.2.2 电化学再生法电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。电化学再生的工作原理如同电解池的电解，在电解质存在的条件下将吸附质脱附并氧化，使活性炭得
10、以再生8，9 。该方法将活性炭填充在两个主电极之间，在电解液中，加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端呈阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解，小部分因电泳力作用发生脱附。再生操作采用间歇搅拌槽电化学反应器或固定床反应器。该方法操作方便且效率高可接近 90 %、4能耗低，其处理对象所受局限性较小，若处理工艺完善，可以避免二次污染。与传统再生法相比，再生均匀，耗能少，炭损少，所需电解质价格较低，操作简单。电化学再生活性炭具有较高的再生效率，可达到 90 %。此外，对工艺参数的研究表明，再生位置是活性炭
11、再生工艺中最重要的影响因素，电解质 NaCI 浓度是较重要的影响因素，再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。2.2.3 光催化再生法光催化再生法的原理是利用一定波长范围的光，在某种催化剂存在的条件下，通过光化学反应使吸附有一种或多种有机物吸附质的饱和活性炭的吸附性能得到恢复。借助光催化剂表面受光子激发产生的高活性强氧化剂 OH 自由基，将水体中绝大多数的有机及部分无机污染物氧化，使其逐步氧化降解，最终生成C02 , H20 等无害或低毒物质。这种方法所使用的催化剂主要是固态氧化物半导体，且通常是高价的氧化物，因为高价的氧化物具有较高的稳定性。光催化再生型活性炭在其吸附达到饱和后
12、，不需要其他步骤，直接在紫外光照射下即可实现原位再生，再生工艺简单，设备操作容易，生产规模可以随意控制，且可以使用日光辐射，能耗低。因此，光催化再生的研究具有重要意义。其不足之处是:耗时长，处理效果尚不十分令人满意。2.2.4 微波辐射再生法微波频率范围为 300MHz 到 300GHz 的电磁波，其波长从 lm 到 lmm。工业上主要应用的微波频率为 915MHz 或 2450MHz。微波对被照物有很强的穿透力，对反应物起深层加热作用。微波再生活性炭是用微波产生高温使活性炭上的有机污染物炭化、活化，恢复其吸附能力。微波作用使有机污染物克服范德华力吸引开始脱附，随着微波能量的聚集，在致热和非致
13、热效应共同作用下，有机污染物一部分燃烧分解放出二氧化碳，另一部分炭化。微波加热再生活性炭与传统的活性炭再生方法相比具有的优越性主要表现在:(1)加热均匀，不需经过中间媒体，微波场中无温度梯度存在，故热效率高;(2)加热速度快，节能高效，只需常规方法的 1/1001/10 的时间就可以完成;(3)选择性加热;(4)再生效率高，能生成微孔发达的活炭。5第三章 小结活性炭的再生为活性炭吸附的逆过程。循环再生首先要考虑对炭基质本身的影响，保证再生活性炭的吸附能力。随着活性炭的广泛使用，活性炭的再生具有巨大的发展潜力，有广阔的环境、社会和经济效益。综合以上所述的各种再生方法，微波再生法有着极大的发展前途
14、，因为微波技术在工业上己显示了巨大的发展潜力，随着人们对微波技术认识的进一步深入，相关技术问题的解决和今后对低能耗、环境友好技术要求的提高，有理由相信微波技术在活性炭再生方面必将能发挥其应有的作用。6第四章 致谢本课题在选题及研究过程中得到老师的悉心指导。各位老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师们一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对各位老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢邵博老师、栗莉老师、张丽萍老师、对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深
15、地鞠上一躬。感谢我的同学三年来对我学习、生活的关心和帮助7第五章 参考文献1New conbe G, DrikasM .V at.Res. 1993，27(1).2陈岳松.湿式氧化再生活性炭研究. 上海: 同济大学。硕士论文， 1999L3高尚愚，陈维译.活性炭基础与应用 LMJ.北京:中国林业出版社，1984 ,56 一58L4蓝淑澄.活性炭水处理技术 LMJ.北京:中国环境科学出版社，1992.5 Fnzva E, Sato K, Kataoka T, et al .Amount of aromatic om2pounds adsorbed on inorganic dsorbents JSeparation and urification Technology 2004,39(1 一 2) :73 一 78.6方智利，陈梁，章江洪，等.国内外活性炭制各发展动态JJ.云南化工，2001，28:23-2s.7刘刃弟，高刃，袁渭康.超临界流体活性炭再生技术 LJJ.化工进展，1999,1 :47一 48.8张会平，钟辉，叶李艺.不同化学方法再生活性炭的对比研究J.化工进展，1995,5 :31-34.9秦玉春，工海涛，朱海析.活性炭的再生方法 LJJ.碳素技术，2001_6:29 一 31.
