（化学工程与技术专业论文）活性炭的高压脉冲放电再生研究.pdf

j l 一 1 ? s t u d yo na c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o nb yh i 曲v o l t a g ep u l s e d i s c h a r g e at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：y u ez o n g h a o s u p e r v i s o r ：p r o f z h e n gj i n g t a n g c o l l e g eo fc h e m i s t r y & c h e m i c a le n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 目i 皆9 鸯o i o z ：睁目 冶、第吵。右霭y 砰群 口 茸观华杀金刨 口旱群距地g 千斟 冈茸砚千鲍 口茸张千斟：磋椠茸拱 1 r 死手斫硬一：刨期环肃 日哥万磊平藤互国巧一：辫翱环甫 霸匝再苇翟罾鬲趸再礴珥穗丽两：目璐茸拱 。胜砰朝茸观擎髯# 新 现并翠禺龄y 卓期刨( 参群封粝豳茸碧、岜髯、呜西、嘴卫士刮业可辨日) 暂 础百粤岜染箕封辫骠茸弓茸砚母亲国七b 睡誊劲茸现珥杀y 章徘哩妨到阜册 秘辫磉牟堑革习i = 唑蚓延抱百骂半辑赤性围串砰群磁茸砚噩哿非紧茸砚再嘉y 卓 儆斟* 胖明日珊哇朝目辑番髯妊崮群磉茸弓茸砚再杀国七b 鲥上弓毕y 卓 。暂邵日粤岜聚冀崮馨骠茸专茸观再赤朝￥軎国弓貊蕈馥辅工睥矾专 醵岜染茸弓莓观再杀牲取联暂丑暂殂瞠工睥朝章群骠茸弓茸镦码杀国审上 蔡裂髯拦冀群密巨酬阜辑秘辨醵华丘革习i = 瞠蚓跖抱冒身半辑赤性国串生碗篱 岩嘉髦拿朝雾群半觯瞠甜萃华￥驹勰辑性髫国翠暂甜勘工搬性唑旦辚朝髫圄椠 颤额日粤朝益重一取茸胖朝辑酉鬃。罩拗磁嘭刨群鲷椠y 瞠号璁瞽毋罾夥朝 酱搿睡鲜晦毒曾y 延搬瞽磁勒鲷士堆搬性岿黝地性哇珥鞠翕掣吾茸观再嘉 。 i l f 笪 雾0 0 1 瞳娶荡目茸拱千煎斟雨琶拉掣国朝攀劲晕暂硼谣工睥、群劲朝皿弓 身幂果群勤工辈抱g 千斟茸砚珥杀千班斟国弓鞑并垂朝烬辑性髫国、哗再 杀黝暂国、衅基醵髫国否蛔距地冒署半辑杀性圄串斯妊m 鸯+ ￥w 。暂丑朝捌 静撙茸艳瞥显勒蜒田半辑髦国椠巽粤皆珂责撵劲茸砚再赤脚犁器髫国罾鳞碑 暂础瞠誓抱冒兽辑性珊号甥明智覃烬辑性髦国瞽拶延抱冒粤半辑杀性国审 锋砰群明萃殃珥毒y 章出科晕刨士姜 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：五筮叠 日期：以口年多月， 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：垂签垦 指导教师签名一垄旌 指导教师签名：丝墨竺丝 日期：k ，。年石月日 日期：2 6 口年莎月二日 ， - 一。 ，brik 摘要 本论文的基本思路是利用高压脉冲放电再生器产生的羟基自由基、过氧化氢 ( h 2 0 2 ) 、臭氧( 0 3 ) 、紫外线等通过物理化学作用的综合效应降解活性炭表面上的有毒 的吸附质，使得活性炭再生。因其能耗少、再生时间短、处理效果高且设备简单，使得 该再生技术有着传统活性炭再生方法不可比拟的优点。论文主要考察了脉冲放电活性炭 和活性炭纤维的再生，在此基础上探讨活性炭的再生机理。 活性炭再生实验在自制的气液串联脉冲放电活性炭再生器上进行，其中再生器装置 条件选择为电极板间距为1 8 m m ( 液相为1 2 m m ，气相为6 m m ) ，氧气流量为0 0 9 m 3 h 。 实验研究表明影响活性炭再生的因素有再生时间、脉冲放电电压和频率、体系的再生温 度、溶液的p h 值和电导率、活性炭的颗粒大小、再生次数和外加氧化剂等。再生时间 长，再生温度高、活性炭颗粒小有利于活性炭再生；电源的电压和频率的增加在一定的 范围内有利于活性炭再生，但超过一定范围，能量的利用率下降，本论文的最佳脉冲电 压是4 6 k v ，频率为1 0 0 p p s ；溶液的p h 值对再生有一定的影响；活性炭的再生率随着 溶液的电导率的先增加后减小，最佳电导率为5 0 0 9 s c m ；活性炭在经过6 次吸附再生 循环操作后，再生率下降不明显，再生率都在8 5 以上；外加h 2 0 2 对活性炭的再生初 期有一定的影响，后期不明显。 由于活性炭纤维独特的孔结构和表面特点，其再生效率要高于活性炭。t i o z a c f 复合材料的再生率要高于单独活性炭纤维再生，原因是充分利用脉冲放电产生的紫外 光。在脉冲放电过程中，由于各种氧化物种的氧化作用，活性炭和活性炭纤维表面酸性 官能团有较大幅度的增加，碱性官能团基本保持不变，比表面积和孔容有不同程度的增 加。 活性炭再生是吸附质在活性炭表面的分解和吸附质在活性炭内的传质过程共同作 用的结果。再生初期，吸附质在活性炭表面的氧化速率是活性炭再生速率的限制步骤， 其中活性炭表面碱性官能团在吸附质的分解中起到催化作用。随着再生的进行，吸附质 在活性炭由内向外的传质过程逐渐成为再生速率的限制步骤。 关键词：高压脉冲放电；活性炭再生；活性炭纤维再生；再生机理 s t u d yo na c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o nb yh i g hv o l t a g ep u l s ed i s c h a r g e y u ez o n g h a o ( c h e m i c a le n g i n e e r i n ga n dt e c h n a l o g y ) d i r e c t e db yp r o f z h e n gj i n g t a n g a b s t r a c t t h eh i g hv o l t a g ep u l s ed i s c h a r g er e g e n e r a t o rc o u l dp r o d u c em a n ya c t i v es p e c i e s i n c l u d i n gh y d r o x y lr a d i c a l ，h y d r o g e np e r o x i d e ，o z o n e ，u v , e t c ，w h i c hb r o u g h tt h ei n t e g r a t e d p h y s i c a la n dc h e m i c a le f f e c t st od e g r a d et h et o x i ca d s o r b a t eo nt h es u r f a c eo fa c t i v a t e d c a r b o nm a k i n gt h ea c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t e t h en e wm e t h o do fr e g e n e r a t i o no na c t i v a t e d c a r b o nh a dm o r ei n c o m p a r a b l ea d v a n t a g e st h a nt h et r a d i t i o n a lm e t h o d sb e c a u s eo fi t s a d v a n t a g e ss u c ha sl o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，s h o r tr e g e n e r a t i o nt i m e ，h i g hr e g e n e r a t i o n e f f i c i e n c y , a n ds i m p l ee q u i p m e n t s ，e t c t h er e g e n e r a t i o no na c t i v a t e dc a r b o n ( a c ) a n d a c t i v a t e dc a r b o nf i b e r ( a c f ) b yh i g hv o l t a g ep u l s ed i s c h a r g ew e r es t u d i e di nt h i st h e s i sa s w e l la st h e i rr e g e n e r a t i o nm e c h a n i s m s g r a n u l ea c t i v a t e dc a r b o n ( g a c ) r e g e n e r a t i o nw a ss t u d i e di ng a s l i q u i ds e r i e se l e c t r i c a l p u l s ed i s c h a r g er e g e n e r a t o r , i nw h i c ht h eo p t i m u mv a l u eb e t w e e nt h ep a n e lo f e a r t hp o l ea n d t h eh i g hv o l t a g ep o l ew a sc h o s e18 m m ( t h el i q u i dp h a s eh e i g h tw a s12 m m ，t h eg a sp h a s e h e i g h tw a s6 m m ) a n dt h eo p t i m u mo x y g e nf l o wv a l u er a t ew a s0 0 9 m 3 g m a i nf a c t o r s e f f e c t i n gr e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c yw e r ed i s c u s s e di n c l u d i n gt h er e g e n e r a t i o nt i m e ，t e m p e r a t u r e ， s o l u t i o np ha n dc o n d u c t i v i t y , t h ep u l s ed i s c h a r g ev o l t a g ea n df r e q u e n c y , p a r t i c l es i z eo f a c t i v a t e d c a r b o n ，r e g e n e r a t i o n t i m e sa n do x i d a n t h i g h e rr e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c yw a s a c h i e v e df o rs m a l l e rp a r t i c l es i z eo fa c t i v a t e dc a r b o na te x t e n d e dt i m ea n dh i g h e rt e m p e r a t u r e ； t h em o r ep u l s ed i s c h a r g ev o l t a g ea n df r e q u e n c yh a dt h eb e n e f i to nt h ea c t i v a t e dc a r b o n r e g e n e r a t i o nw i t h i nac e r t a i nr a n g e ，b u tt h ee f f i c i e n c yo ft h er e g e n e r a t i o nw o u l dd e c l i n e w h e n t h e v o l t a g ea n df r e q u e n c yo fp u l s ed i s c h a r g e w e r e4 6 k v , 10 0 p p s ，t h ee f f i c i e n c yo f r e g e n e r a t i o nw a sb e g ；f o rp ho ft h es o l u t i o n ，p hs h o w e d t os o m ee x t e n te f f e c to n r e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c y ；t h ea c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c yf i r s t l yi n c r e a s e d ，a n d t h e nd e c l i n e d 谢t ht h ec o n d u c t i v i t yo fs o l u t i o ni n c r e a s i n g ，t h eo p t i m u mo fc o n d u c t i v i t yw a s c h o s e5 0 0 p s c m ；r e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c yd e c r e a s e dal i t t l eb u tk e p ta b o v et h el e v e lo f8 5 w h e na c t i v a t e dc a r b o nw a sr e c y c l e d6t i m e s h 2 0 2w h i c hw a sa d d e dt ot h es o l u t i o nh a da l i t t l ei n f l u e n c eo nt h er e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c ya tt h ep r e l i m i n a r ys t a g eo ft h er e g e n e r a t i o n ，b u t n o ta tt h ee n do ft h er e g e n e r a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h er e g e n e r a t i o no fa c t i v a t e dc a r b o nf i b e rw a sh i g h e r t h a na c t i v a t e dc a r b o nb e c a u s eo fi t s u n i q u ep o r e s t r u c t u r e sa n ds u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c s t i o e a c fc o m p o s i t em a t e r i a l sr e g e n e r a t i o nr a t e s h o u l d b eh i g h e rt h a nt h ei n d i v i d u a l a c t i v a t e dc a r b o nf i b e rr e g e n e r a t i o n ，t h er e s u l t so fw h i c hw a sa t t r i b u t e dt om a k ef u l lu s eo f u l t r a v i o l e tl i g h tp r o d u c e db yp u l s ed i s c h a r g e i nt h ep u l s ed i s c h a r g ep r o c e s s ，t h es u r f a c e a c i d i cf u n c t i o n a lg r o u p so fa c t i v a t e dc a r b o na n da c t i v a t e dc a r b o nf i b e rh a dm o r es u b s t a n t i a l i n c r e a s ei nt h en u m b e rw h i l et h en u m b e ro fb a s i cf u n c t i o n a lg r o u p sa l m o s tk e p tt h es a m e l e v e l ，s p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dp o r ev o l u m ec h a n g e dt os o m ed e g r e e sb e c a u s eo fo x i d a t i o no f v a r i o u sk i n d so fo x i d e s r e g e n e r a t i o no fa cw a sa t t r i b u t e dt od e s o r p t i o na n dt h ed e g r a d a t i o no f t h ea d s o r b a t eo i l t h es u r f a c eo fa c d u r i n gt h ee a r l ys t a g eo fr e g e n e r a t i o n , o x i d a t i v ed e c o m p o s i t i o no f o r g a n i ca d s o r b a t ew a st h ec o n t r o l l i n gs t e pi nt h er e g e n e r a t i o np r o c e s s ，i nw h i c ht h es u r f a c e a l k a l i n ef u n c t i o n a lg r o u p so fa c ta sc a t a l y z e r a f t e r w a r d s ，d e s o r p t i o no fo r g a n i ca d s o r b a t e f r o mi n n e rt oe x t e r i o rs u r f a c eo f a cw a st h ec o n t r o l l i n gs t e p k e yw o r d s ：h i g hv o l t a g ep u l s ed i s c h a r g e ，a c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o n ，a c t i v a t e d c a r b o nf i b e rr e g e n e r a t i o n ，r e g e n e r a t i o nm e c h a n i s m s 目录 第一章绪论：1 1 1 活性炭再生技术一l 1 1 1 再生方法的种类1 1 1 2 传统的活性炭再生方法2 1 1 3 新型活性炭再生技术4 1 1 4 活性炭再生技术发展趋势6 1 1 5 活性炭再生效率的评价方法6 1 2 低温等离子体氧化技术一7 1 2 1 低温等离子体的概念7 1 2 2 低温等离子体的产生的方法7 1 2 3 高压脉冲放电的形式9 1 2 4 气液串联降解过程的机理。1 2 1 2 5 脉冲放电活性炭再生装置j 1 4 1 3 本课题的研究思路和研究内容1 6 1 3 1 研究思路1 6 1 3 2 研究内容1 7 第二章实验部分1 8 2 1 实验药品和仪器1 8 2 1 1 实验药品1 8 2 1 2 主要实验仪器1 8 2 2 实验装置及工艺流程图18 2 2 1 脉冲放电再生器及实验流程图1 8 2 2 2 实验装置操作2 0 2 3 实验方法及样品的表征2 0 2 3 1 甲基橙溶液浓度的测定2 0 2 3 2 含氧官能团的鉴定方法( b o e h m 滴定法) 2 1 2 3 3 氮吸附测试2 l 2 3 4 傅立叶红外光谱分析2 2 气 ， ， _ i 2 3 5t i 0 2 的负载率2 2 2 4 分析方法2 2 2 4 1 饱和吸附量计算2 2 2 4 2 再生率2 2 第三章脉冲放电活性炭再生2 3 3 1 引言2 3 3 2 活性炭的选择2 3 3 3 饱和活性炭的制备2 3 3 4 实验方法2 4 3 5 结果与讨论2 4 3 5 1 正交实验设计2 4 3 5 2 电极间距对活性炭再生的影响2 5 3 5 3 气流量对活性炭再生的影响2 6 3 5 4 脉冲电压及脉冲频率对再生率的影响2 7 3 5 5 再生时间对活性炭再生率的影响2 9 3 5 6 溶液p h 值及电导率对再生率的影响3 0 3 5 7 体系温度对活性炭再生率的影响3 2 3 5 8 再生次数对活性炭再生率的影响3 3 3 5 9 外加1 - 1 2 0 2 对活性炭再生率的影响3 4 3 6 脉冲放电对活性炭表面性能的影响3 5 3 6 1g a c 脉冲放电再生前后吸附等温线和孔径分布。3 5 3 6 2 脉冲放电活性炭再生前后表面官能团的变化。j 3 7 3 6 - 3 脉冲放电活性炭再生前后的炭损失：3 8 3 7 小结。3 8 第四章脉冲放电活性炭纤维再生4 0 4 1 引言_ 。4 0 4 2 活性炭纤维的选择4 0 4 3 活性炭纤维负载t i 0 2 样品的制备4 0 4 3 1 活性炭纤维的活化4 0 4 3 2 制备方法4 l 4 4 饱和活性炭纤维的制备4 1 4 5 结果与讨论4 1 4 5 1 实验装置及操作条件4 1 4 5 2 不同煅烧温度对t i 0 2 a c f 再生性能的影响4 2 4 5 3t i 0 2 负载量对t i 0 2 a c f 再生的影响4 3 4 5 4 体系温度对活性炭纤维再生率的影响4 4 4 5 5p h 值对活性炭纤维再生的影响4 5 4 5 6 溶液的电导率对活性炭纤维再生的影响4 6 4 5 7 再生次数对活性炭纤维再生的影响4 7 4 5 8 外加氧化剂的对再生率的影响4 7 4 6 脉冲放电对活性炭纤维表面性能的影响4 8 4 6 1a c f 脉冲放电再生前后吸附等温线和孔径分布。4 8 4 6 2b o e h m 和f t i r 滴定考察再生前后a c f 表面官能团的变化一5 0 4 5 3 脉冲放电对活性炭纤维的再生作用5 1 4 7 小结。一5 2 第五章脉冲放电再生g a c 和a c f 机理初步探讨5 4 5 1 脉冲放电活性炭再生的氧化历程：5 4 5 2 吸附质在活性炭表面的氧化机理5 5 5 2 1 活性炭的选择5 5 5 2 2 活性炭的氧化的改性5 5 5 2 3 氧化处理对活性炭性质的影响一j 5 6 5 - 2 4 活性炭的吸附性能5 6 5 2 5 活性炭脉冲放电再生中催化作用5 7 5 2 6 吸附质在活性炭表面降解的机理5 9 5 3 吸附质在活性炭纤维表面氧化的机理6 0 5 3 1 样品的制备6 0 5 3 2 活性炭纤维脉冲放电再生中的催化作用6 0 5 4a c f 和a c 再生机理总结6 l 5 5 气液两相脉冲放电活性炭再生的技术特点6 2 5 6 本章小结。6 3 结论6 4 参考文献6 6 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 2 致谢7 3 _ ， q “ 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 活性炭是利用植物原料、煤和其它含碳工业废料作原料，通过物理和化学方法对原 料进行破碎、过筛、催化剂活化、和筛选等一系列工序加工制造【l 】。活性炭是一种无毒 无味、具有发达孔隙结构、巨大的比表面积和极强的吸附性能的类似石墨结构的无定型 炭，在很多领域例如有害气体的防护、放射性有害物质的吸附、食品工业的脱色精制、 制药工业的液相精制、工业水处理、城市居民生活污水处理及工业废水处理、化学分析、 催化剂或催化剂载体等都获得了广泛的应用。随着工业的迅猛发展，环境污染越来越严 重，由于活性炭在水处理方面独特的优越性，活性炭的使用越来越大，无论从经济还是 环保角度考虑，进行活性炭的再生很有必要，这已成为活性炭生产和使用技术中的重要 组成部分【2 】。所谓活性炭的再生，是指运用物理、化学和生物化学方法对吸附饱和后失 去吸附能力的活性炭进行处理，恢复其吸附性能达到重复使用目的1 3 j 。 1 1 活性炭再生技术 1 1 1 再生方法的种类 活性炭的再生可分为两类，活性炭上的吸附质的脱附和吸附质的分解。 1 1 1 1 脱附 。 所谓脱附，是改变活性炭的环境至吸附质容易脱离状态的操作。脱附操作一般有以 下三种情况： ( 1 ) 降低压力或者浓度； ( 2 ) 提高温度； ( 3 ) 使用化学药品。 这些脱附操作具有回收吸附质的优点，降低压力或者浓度进行脱附在气相中常用， 特别是在低压下进行脱附，在高压下进行吸附的方式，称作压力循环吸附。从节约能量 的角度出发，压力循环吸附在近几年受到注意，在空气分离及除湿等场合使用。提高温 度脱附操作叫做加热脱附，用于把在溶剂回收中使用过的活性炭、在除湿中使用过的硅 胶、活性氧化铝、沸石，使用高温惰性气体或水蒸气进行脱附的场合。特别是使用水蒸 气进行脱附的场合。化学药品再脱附是通过化学药品使p h 值发生变化，或者使用溶剂 降低吸附质与吸附剂的亲和性进行脱附，主要是用于液相吸附。化学药品脱附按使用溶 _ | q 第一章绪论 剂的不同可分为无机溶剂脱附和有机溶剂脱附，无机溶剂脱附常使用药品为碱或酸，酸 或者碱液的加入使溶液的p h 值变化进而脱附操作，此法仅适用于吸附量受p h 值影响 很大的场合。有机药品脱附是使用有机溶剂进行脱附，此方法具有能够回收吸附质的优 点，但缺点是能够使用的体系有限。 1 1 1 2 吸附质的分解 在水处理之类的场合中使用过的活性炭，吸附了分子量大、沸点高的多种物质，有 时不能通过脱附进行再生。因为，通常使用分解的方法对其进行再生。分解的方法如下： ( 1 ) 用氧化性气体进行氧化分解； ( 2 ) 高温液相氧化分解； ( 3 ) 微生物分解； ( 4 ) 电化学分解； 使用氧化性气体井下氧化分解再生称作热再生分解，是进行水处理使用过的活性炭 再生最主要的方法。高温液相分解是通过使用过氧化氢、高锰酸钾及臭氧等氧化剂，进 行液相氧化分解吸附质的方法。在实验室规模的试验中，得到了1 0 - 6 0 的再生率 3 1 。 微生物分解再生称作生物再生法，是通过活性炭上繁殖微生物分解吸附质的方法。电化 学分解再生是通过活性炭在电解质中和阳极接触，使用电解产生的氧化性物质来氧化分 解吸附质的方法。 1 1 2 传统的活性炭再生方法 1 1 2 1 热再生 热再生始于2 0 世纪初期。当时用回转炉对骨炭进行再生。1 9 3 0 年以后引用了多层 炉；到了4 0 至5 0 年代，市场上出现了以煤为原料的强吸附能力的活性炭，再生炉的技 术基本上成熟。在2 0 世纪7 0 年代，活性炭在水处理中获得了广泛的应用。与化学药品 再生法比较，热再生由于能够分解多种多样的吸附质而具有通用性，从而变成了再生法 的主流。 原理是加热条件下，被吸附的有机物按性质不同，以解析、炭化、氧化的形式从活 性炭的基质上消除【4 】。加热再生一般分为干燥、高温炭化和活化三个阶段。干燥过程一 般是在1 0 0 以下进行，含在活性炭孔隙中的水分被蒸发，一部分有机物在该过程中脱 离。在干燥过程中，需大量的蒸发潜热，热再生中所需的热量的将近5 0 是在干燥中消 耗掉的。当温度加热到3 5 0 c 时，活性炭内的低沸点有机物脱离。进一步加热到大约8 0 0 2 “ 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 时，高沸点的有机物在吸附状态下被分解，一部分转化成小分子物质而脱离，其余部 分则通过炭化( 缩聚合) 以固定炭的形态残留下来。这部分残留炭，在8 0 0 - - 1 0 0 0 ( 2 下 被水蒸气、二氧化碳及氧气等氧化性气体从微孔中分解。 再生的优点是通用性能好，能够在短时间内( 颗粒炭3 0 6 0 m i n ，粉状炭几秒钟) 内 完成再生，没有再生废液产生等。缺点是每再生一次，炭损失为3 一1 0 ；由于高温操 作，所以再生炉的材料损耗大；运转条件( 温度、时间及氧化气体的数量) 需要严格控 制；设备费用大等。 1 1 2 2 化学药品再生法 热再生活性炭损失大，还有具有不能回收溶剂的缺点，作为补救热再生的缺点，可 以考虑进行化学药品再生。化学药品再生法可分为无机药剂再生和有机药剂再生。无机 药剂再生是指用无机酸或者碱等使吸附质脱除，又称反应再生法。该法仅适用于吸附量 受p h 影响较大的场合。有机药剂再生是指苯、丙酮、甲醇等有机溶剂萃取吸在活性炭 上的吸附质从而达到再生的目的，也称溶剂再生或者溶剂萃取。 道化学( d o wc h e m i c a l ) 利用无机药剂再生法回收苯酚就是一个很大的例子。在吸 附处理苯酚浓度为2 0 0 一- 9 0 0 p p m 的排水中使用过的活性炭，用4 的氢氧化钠对吸附质 脱附，再生脱附后得到苯酚的平均浓度1 以上，最高达到1 0 的苯酚溶液，再次在制 造过程中使用。而溶剂再生的活性炭损失极少，还能回收有用的吸附质，经济性方面具 有魅力。 在化学药品再生过程中，化学药品对在水处理使用过的活性炭的再生率，与吸附质 和溶剂的种类有很大的关系。因此化学药品的选择必须满足：( 1 ) 再生率高；( 2 ) 溶剂 容易从活性炭中除去，容易回收溶剂上的吸附质；( 3 ) 溶剂的价格便宜，安全性能好。 另外，需要注意的是使用氧化性的溶剂会改变活性炭表面的化学性质，可能对药品再生 造成消极影响。药品再生法炭损耗少，还能回收有用的吸附质，在经济性方面具有魅力， 但其使用的面太窄，再生不太彻底，微孔易堵塞，多次再生后吸附性显著降低。 1 1 2 3 生物再生法 生物再生一般是经过驯化的培养细菌种处理失活的活性炭，使吸附在活性炭上的有 机物最终分解为c 0 2 和h 0 2 。1 9 7 0 年确认了活性炭由于它上面繁殖的微生物作用而延 长了使用寿命【5 1 。生物再生能够延长吸附剂的寿命的特点大大减少了再生的次数，提高 了吸附系统的经济性能。 大连理工大学张婷婷【6 】等利用活性炭吸附生物再生处理高盐苯胺废水时发现，生物 电化学再生法是将活性炭填充到阴阳两极之间，活性炭直接与阳极接触，活性炭的 导电性使得每一个活性炭颗粒变成了阳极了，从而增加了阳极的面积，阴极前面使用绝 缘板使得活性炭与阴极隔开。在直流电压的作用，阴阳两极分别发生氧化还原反应，吸 附质在电解的作用下快速地的脱附进入电解质中，然后利用电解质中电极反应产生的高 氧化性物质对溶液中脱附的吸附质进行氧化，从而实现了活性炭再生【引。 电化学再生活性炭具有较高的再生效率，可达到9 0 。此外，对工艺参数的研究表 明，再生位置是电化学再生工艺中最重要的影响因素，其次是电解质n a c i 浓度，再生 电流的强度和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。魏代波【9 】等研究吸附苯 酚饱和颗粒活性炭在电化学反应器中的再生，实验结果表明电化学再生的效率在8 0 以 上，其中电流密度、电解时间、电解质浓度等因素是电化学再生过程中的主要影响因素， 活性炭的再生效率随着电流密度、电解时间、电解质浓度的增加而增加。唐玉霖【l o l 等研 究了电化学再生颗粒活性炭，实验结果证明了电化学再生方法的可行，且炭耗、水耗和 能耗较低。 化学再生方法的优点是炭损失较低，实验室研究的结果炭损失仅为1 1 ，由于电 化学再生对设备要求不高，容易实现工业化，同时由于在电化学再生时电流大小易于控 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 制，灵活性较好，在实际运行，可以节约成本，便于管理。 1 1 3 2 微波和超声波再生法 微波和超声波再生法【l 刁是一种高效且简单的活性炭再生技术，其原理利用微波产生 高温使活性炭上的有机污染物炭化，活化，恢复活性炭吸附能力。在微波辐射再生活性 炭过程中，活性炭内的吸附质不能持续吸收微波辐射的能力，而活性炭则可以连续吸收 微波辐射的能量，使得活性炭内的温度为维持在8 0 0 。c 以上，吸附在活性炭内的吸附质 在高温作用下克服范德华力的作用下脱附，从而活性炭获得再生。胡思前等1 3 】以微波辐 射为手段对吸附了2 ，4 二氯苯酚的活性炭纤维( a c f ) 进行再生研究，实验结果表明，微 波辐射功率4 0 0 w ，微波辐射时间6 m i n ，氯酚的含量为0 2 m g g 时，a c f 再生活化度可 达9 6 1 9 。 超声波是指频率在1 6 k h z 以上的声波，以一种球面波的形式在溶液中传递。超声波 再生方法的原理是用超声波的脉动对活性炭进行搅拌，加上“空化泡 爆裂的冲击，促 使吸附表面的物质迅速解吸达到再生的效果。王三反等【1 4 1 研究了的超声波再生活性炭方 法，理论分析和实验数据表明超声波再生是可行的。郑文轩【1 5 1 等，利用超声波处理技术， 以甲基橙为有机化合物模型，进行吸附饱和木质活性炭的超声波再生，在超声波条件下 反应3 0 m i n ，脱色率可大9 5 。 微波和超声波再生法超声法再生具有能耗小、节能高效，工艺及设备简单、炭损失 小、可回收吸附质等优点。目前，微波和超声波法再生是活性炭再生领域研究的热点之 一o 1 1 3 3 脉冲放电等离子体再生法 高压脉冲放电等离子体法是利用脉冲放电在气相或者液相中产生的低温等离子体， 使存在于气相或者液相中的有吸附剂的活性炭在高活性物种、紫外照射以及高能电子的 轰击作用下进行原位再生。 李杰等【1 6 】应用介质阻挡放电等离子体进行活性炭原位再生，将吸附饱和的酸性橙溶 液放入再生反应装置中，经过4 8 个小时发现，与新炭相比，处理后的活性炭的吸附能 力是新炭能力的1 2 0 ，并且活性炭的损失不大于1 ，其中由于臭氧的循环利用没造成 二次污染，而且再生后的活性炭无需后续处理。实验结果证明了经过三次再生之后，活 性炭的吸附能力仍与新炭相当。曾庆福等【l 刀用微波代替了脉冲放电产生等离子体，利用 微波激发铁质放电体产生等离子体，然后等离子体对吸附在潮态活性炭上的有机物进行 氧化，经过氧化和降解之后，工业活性炭获得再生，研究结果表明经过再生之后，活性 第一章绪论 炭的再生率达到9 8 以上，同时经过再生后的活性炭可以使用5 次循环以上，使能源得 到最大限度的利用。李杰等【1 8 1 利用介质阻挡放电等离子体产生活性物质降解吸附在活性 炭上的有机污染物，使活性炭获得再生，恢复其吸附能力。将吸附饱和苯酚的活性炭在 此装置上进行再生，其结果为在2 0 m i n 时间内，吸附能力恢复了6 6 7 。晏乃强等【1 9 1 采用可填充式吸附剂的吸附一放电装置进行放电再生，高压电源使吸附剂颗粒之间产生 局部高压电场形成放电等离子体，使吸附剂和吸附质之间的结合力下降，达到解吸再生 的目的。实验结果为在2 0 5 0 m i n 时间内，活性炭的再生率可达到9 5 以上。 作为一种新型的活性炭再生技术，等离子体氧化技术降解法在活性炭再生过程具备 了高温降解、超临界水氧化、等离子体氧化、催化氧化和微波热效应等传统水处理方法 综合效应。因此脉冲放电等离子再生方法有着其它再生方法不可比拟的优越性，其优点 为再生率高、再生时间短、无二次污染、不需要后续处理、活性炭损耗少、设备简单和 易操作等。 1 1 4 活性炭再生技术发展趋势 活性炭再生为活性炭吸附的逆过程。循环再生过程中首先要考虑尽量减少对炭基质 本身的影响，保证再生炭的吸附性能。随着活性炭用量的不断扩大及人们对环境标准要 求的提高，要求再生炭工艺简单，设备操作容易，再生后产生的二次污染尽可能小，生 产规模随意控制。为了满足新的要求，在原有再生方法的基础上改进工艺以及探索新的 再生方法成为当务之急。其中脉冲放电活性炭再生技术简单高效，且满足人们对于活性 炭再生技术环境的要求，具有广阔的发展前景。 1 1 5 活性炭再生效率的评价方法 活性炭的效率的评价方法是研究活性炭再生必须考虑的一个前提因素，由于选择的 再生效率评价方法的不同，会对再生结果产生较大差异，所以选择一个合适的再生效率 方法是本课题研究的关键因素。活性炭再生效率的评价学术上普遍选用的固相法和液相 法【2 0 】。固相法是基