微波再生活性炭的研究

微波再生活性炭的研究摘要：由于废气和废水处理过程中大量使用，产生了大量危废，本论文考察利用微波再生废活性炭，分别从活性炭量、微波功率、微波时间、溶剂配比来找到最优的再生方法，该方法能最大化除去活性炭吸附在表面和微孔中有机物和无机物；产生的再生物可以循环利用。能提高活性炭的再生速度和再生活性炭的质量，进而减少活性炭再生的成本，提高活性炭再生的效率和质量。关键词：活性炭；再生；微波活性炭具有比表面积大，吸附能力强的特点。作为吸附剂，活性炭广泛用于工业生产、环境保护以及人民生活中，是一种不可缺少的重要吸附材料。绝大多数活性炭产品都是一次性使用，由于回收成本高，大多使用后都被丢弃，因而造成了二次污染，所以将吸附饱和的废活性炭的再生具有极其重要的工程应用价值和经济价值。活性炭再生是将吸附饱和的活性炭通过各种方法恢复其吸附性能，达到循环利用，节约资源的目的。再生方法主要取决于活性炭吸附的物质性质，目前国内外较为成熟的再生方法有三种，即热再生［1-3］、化学再生［4，5］、和生物再生［6］。目前使用最多最成熟的再生活性炭的方法是传统热再生法，但热再生过程耗能大，炭损耗较多，成本较高。溶剂再生，条件温和，对活性炭结构无影响，再生效率高，但活性炭孔中有机物并不能完全除去，多次再生后，炭孔被堵，活性炭就无吸附效果；生物再生成本较低，对活性炭影响小，但是适用性较低，有些有毒有害难降解物质就难以使用此种再生方法。由于活性炭是一种极性介质，而微波对极性物质加热，相对于传统加热方法由外向内加热，它是由内向外加热，减少加热时间，降低再生过程的炭损耗。但此种再生由于急剧升温，在炭孔中的大分子有机物容易碳化，堵塞炭孔，影响再生后的活性炭吸附效果。用微波法再生处理过焦化废水的干燥活性炭，其影响因素有很多。由于微波再生实质还是一种热再生方法，而热再生方法在再生活性炭时候均要考虑用碱性物质［7］进行造孔，同时考虑有机溶剂的解析作用［8］，选取碱性物质和有机溶剂对其进行再生预处理，使活性炭中吸附的有机质更容易脱附，因此本实验将活性炭用量、微波功率、微波时间以及预处理时溶液的碱性物质和有机溶剂的配比作为微波再生活性炭过程中的4个主要因素考虑。1、实验部分1.1材料和仪器微波炉（可调功率）、石英坩埚、吸附饱和的活性炭（制药废水）、制药废水（二沉池后出水，出水为淡黄色）、万分之一天平、干燥箱。氢氧化钾、乙醇、重铬酸钾、氢氧化钠、硝酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硫酸汞、硫酸银，邻啡罗琳（均为分析纯）。实验方法配置不同比例的氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇再生溶液，将再生溶液与不同量吸附饱和的活性炭炭混合后浸泡一定时间，过滤后，加一定量水洗脱，过滤，将过滤后活性炭在不同功率条件下微波再生一定时间，可得再生活性炭，测定活性炭的吸附碘值。2、实验结果2.1不同再生液比例对再生活性炭吸附能力的影响图1不同比例洗脱液对活性炭再生效果影响配置不同比例的氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇再生溶液，将再生溶液与15g吸附饱和的活性炭混合后浸泡25min,过滤后，加一定量水洗脱，过滤，将过滤后活性炭在950w条件下微波再生5min,可得再生活性炭，测定活性炭的吸附碘值相对于新碳的效果。实验结果可知，随着乙醇增加，再生效果越来越好，在90：10比例时候效果最好，后随着乙醇增多，吸附效果变差，最后变得稳定。不过整体效果再生后活性炭吸附效果均优于新碳，经过洗脱和微波后，活性炭新增了新的吸附活性位点，吸附效果变得更好。不同量吸附饱和活性炭洗脱对再生活性炭吸附能力的影响配置氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇的90：10的再生溶液，将再生溶液40ml与不同质量吸附饱和的活性炭混合后浸泡25min，过滤后，加一定量水洗脱,过滤，将过滤后活性炭在950w条件下微波再生5min,可得再生活性炭，测定活性炭的吸附碘值相对于新碳的效果。实验结果可知，随着活性炭质量增加，吸附效果下降较慢，在活性炭体积（15g活性炭体积差不多40ml）和再生溶液体积超过1：1的时候，活性炭再生后吸附后效果差异明显，可能是因为活性炭量太多，洗脱液对活性炭上吸附的物质洗脱不完全，导致部分吸附位点无法再生，吸附效果下降。为减少洗脱液消耗，选取活性炭体积（15g活性炭体积差不多40ml）和再生溶液体积1：1为最优比。图2不同质量吸附饱和活性炭对活性炭再生效果影响不同洗脱时间对再生活性炭吸附能力的影响配置氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇的90：10的再生溶液，将再生溶液40ml与15g吸附饱和的活性炭混合后浸泡不同时间后，过滤后，加一定量水洗脱，过滤，将过滤后活性炭在950w条件下微波再生5min,可得再生活性炭，测定活性炭的吸附碘值相对于新碳的效果。实验结果可知，在洗脱时间超过25min以后，再生后活性炭吸附效果差别不大，所以选择洗脱时间25分钟。图3不同洗脱时间对活性炭再生效果影响不同洗脱时间对再生活性炭吸附能力的影响取8份吸附饱和活性炭，配置氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇的90：10的再生溶液，将再生溶液40ml分别与8份吸附饱和活性炭混合后浸泡25min后，过滤后，加一定量水洗脱，过滤，将过滤后活性炭在950w条件下微波再生不同时间，可得再生活性炭，测定活性炭的吸附碘值相对于新碳的效果。将再生后活性炭均烘干后称重。实验结果可以得出，随着微波时间增加，活性炭再生效果在5min时候达到最好的效果，随着再生时间增加，活性炭再生效果下降，可能是因为活性炭是一种极性物质，长时间微波使得活性炭量变少，吸附量下降。图4不同微波时间对活性炭再生效果影响3、结论最优的再生吸附饱和活性炭的方法是：配置氢氧化钾（40%质量浓度）和乙醇体积为90：10的再生溶液，将再生溶液40ml与15g吸附饱和的活性炭炭混合后浸泡25分钟后，过滤后，加一定量水洗脱，过滤，将过滤后活性炭在950w功率条件下微波再生5min,可得再生活性炭。该再生过程中，被吸附的有机物大部分被洗脱液洗脱，洗脱后的氢氧化钾在微波下对洗脱后活性炭进行重新造孔，形成新的吸附位点，从而达到优于新的活性炭的吸附效果。参考文献：.Ho，T.C.，etal.，Modelingofmercurydesorptionfromactivatedcarbonatelevatedtemperaturesunderfluidized/fixedbedoperations.Vol.151.2005.54-60..卜龙利，王晓昌与陆露，活性炭的微波净化与再生及其吸附性能研究.西安建筑科技大学学报（自然科学版），2008.40（3）：第413-417页..孟磊，活性炭再生工艺优化与效果分析.中小企业管理与科技（中旬刊）2018（07）：第179-180页..Martin，R.J.andJ.Ng，TheChemicalRegenerationandSubsequentVolatilizationofExhaustedActivatedCarbon.1988.p.189-198..杜申.吸附处理染料废水饱和活性炭电化学氧化再生.in《环境工程》2018年全国学术年会.2018.中国北京..尤涛.活性炭生物再生