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活性炭是微晶層片結構,既有催化作用,又有吸附作用,其應用已有100的歷史。如今活性炭已成為基礎材料,廣泛應用在工業(yè)、農業(yè)、、科技、環(huán)保和日常生活等。由于活性炭?jì)r(jià)格較高,故研究活性炭的技術(shù),提升其經(jīng)濟效益,已經(jīng)刻不容緩。
1活性炭條件和方法
1.1活性炭的條件
活性炭的吸附過(guò)程是活性炭、吸附質(zhì)和溶劑三者形成吸附的平衡過(guò)程。
要使活性炭解吸、恢性,就要破壞原來(lái)的平衡條件,方法有以下幾種:
(l)改變吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì);(2)用對吸附質(zhì)親和力強的溶劑抽取吸附質(zhì);(3)用對活性炭親和力大的物質(zhì),將吸附質(zhì)進(jìn)行置換;再用置換物質(zhì)進(jìn)行脫附,使活性炭 ;(4)外部加熱,升高溫度改變平衡條件,隨著(zhù)溫度的升高吸附量減少,使吸附質(zhì)脫附;(5)降低溶劑中溶質(zhì)濃度(或壓力)使吸附質(zhì)脫附;(6)用分 解 或者氧 化的方法,除去吸附質(zhì)(質(zhì))。
1.2活性炭的方法
活性炭的效果,要看吸附性能恢復程度和活性炭損失程度,一般一次,損失活性炭7%~8%,所以10~14次,就可以新活性炭。
2傳統活性炭的方法和技術(shù)研究
2.1化學(xué)藥劑法
化學(xué)藥劑法是將吸附質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應后,再進(jìn)行萃取、置換,使其吸附質(zhì)產(chǎn)生脫附。該法包括無(wú)機藥劑法及溶劑法。
2.1.1無(wú)機藥劑法(酸或堿 法)
無(wú)機藥劑法是采用無(wú)機酸或堿等藥劑進(jìn)行洗滌,使吸附的物質(zhì)進(jìn)行反應。
在水處理中吸附酚的飽和炭,用氫氧 化鈉進(jìn)行反應,脫附的酚以酚鈉鹽的形式被回收。
吸附處理重金屬廢水的飽和炭也是采用這種方法進(jìn)行處理。
2.1.2溶劑法
溶劑法是用苯、丙酮或甲醇等溶劑將吸附在活性炭上的物在溶劑的萃取作用下進(jìn)行解吸的方法。
吸附廢水中的酚也可以用溶劑,即苯、丙酮、甲醇等溶劑將被吸附的污染物質(zhì)萃取出來(lái)。
某焦化廠(chǎng)的溶劑處理煤氣洗滌的廢水、飽和炭的工藝流程。
溶劑活性炭法的缺點(diǎn)是 效率低。使用數周后的活性炭的吸附能力會(huì )降低,需要補充新活性炭,并將一部分廢炭廢棄。通過(guò)焚燒才能消滅污染物,通過(guò)蒸餾才能分離出溶劑的洗滌劑。
2.2加熱法
通過(guò)根據活性炭吸附的物質(zhì)的熱重曲線(xiàn)(T(;A)分成易脫附型、熱分 解 脫附型、難于脫附型3種類(lèi)型。
(l)易脫附型一般加熱到300OC即可脫附,如沸點(diǎn)低的碳氫化合物和芳香族物質(zhì)。
(2)熱分 解 脫附型加熱中以易于揮發(fā)的形式脫附,另一部分碳化,如聚乙烯醇類(lèi)物質(zhì)。
(3)難于脫附型重量變化慢,大量殘碳留在活性炭微孔中,如酚、木質(zhì)素等。根據被活性炭吸附的物熱分 解 的難易、脫附的溫度不同,將難于脫附型分為低溫加熱 和高溫加熱 。
2.2.1低溫加熱 法
對于吸附濃度較高的易脫附型物的飽和炭,以及用來(lái)吸附氣體的活性炭都較易解吸,一般用蒸汽,控制溫度為100~200℃。 過(guò)程在吸附柱中進(jìn)行,脫附后的蒸汽進(jìn)行冷凝、回收再用。
2.2.2高溫 法
液相吸附的活性炭,由于吸附了許多色素和雜質(zhì)等污染物,在低溫下不易熱分 解 和揮發(fā),因此水處理飽和炭采用高溫 法。
高溫 法一般控制溫度為700~1000℃,但有時(shí)被吸附物仍不能被 解吸,仍有一部分碳化物殘留在活性炭表面,因此,需要再通入水蒸氣和其他氧 化鋅氣體,使其進(jìn)一步被活化。高溫活化法需要經(jīng)過(guò)干燥、碳化、活化3個(gè)階段。
(l)干燥階段
加熱到100~130℃,使飽和炭所吸附的水分析出,因為飽和炭含水分率高(40%一50%),蒸發(fā)水分需要消耗 過(guò)程中總熱量的50%。
(2)碳化階段
通過(guò)加熱使物質(zhì)揮發(fā)和碳化,碳化溫度為150~170℃。
(3)活化階段
碳化階段殘留在活性炭微孔中的炭,因其影響孔結構,需通入水蒸氣、CO2氣體進(jìn)行活化,約在850℃氣化成CO、CO2等氣體,使微孔清理,重新恢復吸附能力。
活性炭的性能隨 次數的增加逐漸下降,過(guò)程中,沉積的堿金屬氧 化物和鐵質(zhì)等灰分,對活性炭基質(zhì)的燃燒有催化作用,灰分的增加使碘值下降,如將飽和炭用鹽 酸處理, 炭的性能可以。
一般情況下,活化溫度為800~950℃,時(shí)間為20~40min,氣體注入量為0.8~1.0kg/(kg炭),尾氣中剩余氧含量<1%,CO含量為2.3%。高溫 炭吸附性能恢復率達以上, 爐內燒損率<5%。
2.3生物 法
首先生物法將訓化培養的菌種,應用到飽和炭的解吸上,然后將吸附的物分 解 成水和CO2,使飽和炭。
生物法對易于被吸附和被生物分解 的污染物,將吸附的物分 解 成H2O和CO2,否則有被活性炭再吸附的可能性。
生物法是很有前途的方法,簡(jiǎn)單易行。缺點(diǎn)是時(shí)間較長(cháng),吸附力恢復有限。