活性炭目前在環境保護,工業與民用方面己被大量使用,并且取得了相當的成效,然而活性炭在吸附飽合被更換后,使用單位均將其廢棄,掩埋或燒掉,造成資源的浪費和對環境的再污染。
活性炭吸附是一個物理過程,因此還可以采用高溫蒸汽將使用過的活性炭內之雜質進行脫附,并使其恢復原有之活性,以達到重復使用的目的,具有明顯的經濟效益。
再生后的活性炭其用途仍可連續重復使用及再生。
活性炭產品之間如何區分,應該如何選擇活性炭呢?
活性炭是由各種富含碳的原料制造而成。因此,用不同的原料制造的活性炭必然會有不同的特性。一般來說,以煤為原料制造的活性炭通常采用水蒸氣或二氧化碳氣體活化,產品的形狀以顆粒狀為主,其孔徑分布以微孔居多,更適合于吸附液相和氣相中分子量和分子直徑較小的物質,吸附性能指標通常以吸附值和碘吸附值表示;以木屑為原料制造的活性炭通常采取化學法活化,產品的形狀以粉狀為主,其孔徑分布可通過調節化學活化劑的配比來進行控制,比較靈活,既可以制造出孔徑分布以微孔居多的產品也可制造出孔徑分布中孔(過渡孔)占較大比例的產品,后者則比較適合于吸附液相中分子量和分子直徑較大的物質吸附性能指標以焦糖脫色率表示;以果殼類為原料制造的活性炭通常采取水蒸氣和二氧化碳氣體活化,產品的形狀以顆粒狀為主,由于其特殊材質的因素,其孔徑分布介于上述兩類活性炭之間,因此其應用范圍更為廣泛,缺點是受國內原材料的限制,成品較高。
再生方法可分為兩大類:
加熱再生
a、 熱空氣再生-----以空氣為脫附載體。
b、 水蒸氣再生-----低沸點溶劑用一般蒸汽,高沸點溶劑用過熱蒸汽。
加熱再生是常用的方法,過程如下:
干燥----加熱到100~150攝氏度蒸發活性炭中的水分和一部分低沸點有機物;
碳化-加熱到300~700攝氏度,揮發或分解一些有機物,有部分有機物碳化留在活性炭中。
活化---加熱到700攝氏度以上,使留在活性炭中的碳和活化氣體反應,逸出所生成的氣態產物,重新造孔。
冷卻---活化后急冷以防氧化。
根據有機物在加熱過程中分解脫附的溫度不同,加熱再生分為低溫加熱再生和高溫加熱再生。
(1)低溫加熱再生法。對于吸附沸點較低的低分子碳氫化合物和芳香族有機物的飽和炭,一般用 100~200℃蒸汽吹脫使炭再生,再生可在吸附塔內進行。脫附后的有機物蒸汽經冷凝后可回收利用。常用于氣體吸附的活性炭再生。蒸汽吹脫方法也用于啤酒、飲料行業工藝用水前級處理的飽和活性炭再生。
(2)高溫加熱再生法。在水處理中,活性炭吸附的多為熱分解型和難脫附型有機物,且吸附周期長。高溫加熱再生法通常經過850℃高溫加熱,使吸附在活性炭上的有機物經碳化、活化后達到再生目的,吸附恢復率高、且再生效果穩定。因此,對用于水處理的活性炭的再生,普遍采用高溫加熱法。
經脫水后的活性炭,加熱再生全過程一般需經過下述3個階段。
(1)干燥階段。將含水率在50%~86%的濕炭,在100-150℃溫度下加熱,使炭粒內吸附水蒸發,同時部分低沸點有機物也隨之揮發。在此階段內所消耗熱量占再生全過程總能耗的50%一 70%。
(2)焙燒階段,或稱碳化階段。粒炭被加熱升溫至150~700℃。不同的有機物隨溫度升高,分別以揮發、分解、碳化、氧化的形式,從活性炭的基質上消除。通常到此階段,再生炭的吸附恢復率已達到 60%~85%。
(3)活化階段。有機物經高溫碳化后,有相當部分碳化物殘留在活性炭微孔中。此時碳化物需用水蒸汽、二氧化碳等氧化性氣體進行氣化反應,使殘留碳化物在850℃左右氣化成CO2,CO等氣體。使微孔表面得到清理,恢復其吸附性能。
殘留碳化物與氧化性氣體的反應式如下:
C + O2 → CO2↑
C + H2O → CO↑+H2↑
C + CO2 → 2CO↑
高溫再生過程中,氧對活性炭的基質影響很大,因此必須在微正壓條件下運行。過量的氧將使活性炭燒損灰化,而過低的氧量又將影響爐內溫度和再生效果。因此,一般的高溫加熱再生爐內對氧必須嚴格控制,余氧量小于1%,CO含量為2.5%左右,水蒸汽注入量為0.2-1 kg/kg活性炭(根據爐型確定)。
活性炭再生設備的優劣主要體現在:吸附恢復率、炭損率、強度、能量消耗、輔料消耗、再生溫度、再生時間、對人體和環境的影響、設備及基礎投資、操作管理檢修的繁簡程度。
此外,任何活性炭高溫加熱再生裝置中都需要妥善解決的是防止炭粒相互粘結、燒結成塊并造成局部起火或堵塞通道,甚至導致運行癱瘓的現象。
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