活性炭光催化再生法
光催化再生法的原理是利用一定波長(zhǎng)范圍的光,在某種催化劑存在的條件下,通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)將吸附質(zhì)氧化分解,從而使飽和活性炭的吸附性能得到恢復(fù)。在水溶液中,光催化劑如銳鈦礦型TiO?等表面受光子激發(fā)將產(chǎn)生高反應(yīng)活性的羥基自由基,可將大部分有機(jī)物及部分無(wú)機(jī)污染物氧化降解,終生成 CO2、H2O等無(wú)害或低毒物。目前用于研究的催化劑以TiO2為主,經(jīng)太陽(yáng)光照即具有高反應(yīng)活性。此法主要是在顆?;钚蕴可县?fù)載銳鈦礦型TiO2光催化劑,使TiO2的光催化性能和活性炭的吸附性能結(jié)合起來(lái)。由于活性炭的吸附作用,其表面污染物濃度高,因此有利于光催化反應(yīng)的快速進(jìn)行,從而將污染物原位降解,達(dá)到使活性炭再生的目的。
但是活性炭的使用環(huán)境很復(fù)雜,在使用過(guò)程中可能會(huì)因某些較為復(fù)雜的因素(例如高溫和某些基團(tuán)的積累)造成光催化劑因“中毒”而失效,所以研究人員開(kāi)展了很多關(guān)于光催化失活的研究。光催化再生型活性炭在其吸附達(dá)到飽和后直接經(jīng)紫外光照射甚至日光輻射即可實(shí)現(xiàn)原位再生,不需要其他操作,能耗低,而且再生工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備操作容易,生產(chǎn)規(guī)模可以隨意控制。因此對(duì)光催化再生的研究具有重要意義。但該方法耗時(shí)長(zhǎng),而且可能由于活性炭自身強(qiáng)烈
活性炭超臨界流體再生法
超臨界流體(SCF)是指溫度和壓力都處于臨界點(diǎn)以上的液體,很多在常溫常壓下溶解度極低的物質(zhì)在亞臨界或是超臨界溶劑中卻具有根強(qiáng)的溶解力。并且當(dāng)溶劑在超臨界狀態(tài)下時(shí),壓力的微小改變可造成溶解度數(shù)量級(jí)的改變)。利用這種性質(zhì),可將超臨界流體作為萃取劑,通過(guò)調(diào)節(jié)操作壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的分離,即超臨界流體萃取技術(shù)(SFE),將超臨界流體萃取技術(shù)用于濡性炭的再生是利用SCF作為溶劑將吸附在活性炭上的有機(jī)污染物溶解于 SCF之中,根據(jù)流體性質(zhì)對(duì)于溫度和壓力的依賴(lài),將有機(jī)物與SCF有效分離、達(dá)到再生的目的。這是20世紀(jì)70年代末開(kāi)始發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),再生過(guò)程可同歇操作也可連續(xù)操作。
通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,已證明SCF再生方法在以下幾個(gè)方面優(yōu)于傳統(tǒng)的活性炭再生方法(”):①再生溫度較低:②不改變吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和活性炭的原有結(jié)構(gòu),既便于回收吸附質(zhì)又可使活性炭無(wú)損耗:③可連續(xù)化操作:④SCF再生設(shè)備占地面積小、操作周期短,并且可以大大節(jié)約能源,但是同樣存在以下問(wèn)題:①可采用SCF再生的有機(jī)物種類(lèi)十分有限,限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用;②由于超臨界流體于CO2,使得活性炭再生過(guò)程受到限制:③SCF再生理論研究方面,包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等尚缺乏必要的數(shù)據(jù)、有待進(jìn)一步深入研究;④SCF再生于實(shí)驗(yàn)研究,中試和工業(yè)規(guī)模研究亟待進(jìn)行,以推進(jìn)該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程。
同濟(jì)大學(xué)的陳皓等對(duì)工業(yè)廢水中的典型污染物苯進(jìn)行了超臨界CO萃取再生活性炭研究,考察了溫度、壓力、CO:流速、活性炭粒度、循環(huán)再生次數(shù)等因素對(duì)再生效率和再生速率的影響。結(jié)果表明超臨界二氧化碳對(duì)于活性炭中的苯再生效果良好。
四、微波輻射再生法
微波是指波長(zhǎng)在1mm~1m,頻率在300MHz~300GHz范圍內(nèi)的電磁箱射,介于遠(yuǎn)紅外和無(wú)線(xiàn)電波之間。微波對(duì)被照物有很強(qiáng)的穿透力,可對(duì)反應(yīng)物
加熱作用。因此可以利用微波輻射產(chǎn)生高溫使活性炭上的有機(jī)污染物脫
活性炭酸堿藥劑再生
活性炭的吸附主要包括可逆吸附(又稱(chēng)物理吸附)和不可逆吸附(又稱(chēng)化學(xué)吸附)?;瘜W(xué)吸附是指吸附質(zhì)分子與活性炭表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成圾為穩(wěn)定的化學(xué)鍵,因此吸附質(zhì)與活性炭結(jié)合牢固,不易脫除,使用酸堿再生的目的就是降低吸附質(zhì)與活性炭的親和力,增加吸附質(zhì)的溶解度從而達(dá)到良好的再生效果。酸堿再生法相較于熱再生法有許多優(yōu)點(diǎn):①可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。無(wú)需卸載、運(yùn)輸、再包裝的操作;②由于不經(jīng)過(guò)熱解步驟,炭損失幾乎沒(méi)有:@可回收有價(jià)值的吸附質(zhì);④用適當(dāng)回收方法可將化學(xué)再生劑加以重復(fù)使用,酸堿再生法有針對(duì)性地選用酸、堿浸洗活性炭(同時(shí)輔以加溫,攪拌)。使之與吸附質(zhì)反應(yīng)生成可溶性鹽類(lèi),從炭表面脫附達(dá)到使炭再生的目的,就再生機(jī)理而言,一方面酸堿改變了溶液pH值,可增大活性炭中被脫除物的溶煉度,從而使吸附的物質(zhì)從炭中脫出;另一方面,酸堿可直接與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成易溶于水的鹽類(lèi)。該法特別適用于吸附量受pH值影響很大的場(chǎng)合,再生處理后用水將活性炭洗凈即可重新投入吸附應(yīng)用。此法可直接在活性炭吸附裝置中進(jìn)行再生,設(shè)備和運(yùn)行管理均較方便,而且再生,炭損失小。但由于活性炭的物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)存在,隨著再生次數(shù)增加,再生炭的吸附率仍會(huì)漸次降低。
圖4-4是以 NaOH 為再生劑,