活性炭再生技術(shù)的研究進(jìn)展

石 超 徐 婷 李 雪

（1.海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100）

0 引言

環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)越來越成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，現(xiàn)今社會(huì)快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)、工業(yè)產(chǎn)品和實(shí)踐產(chǎn)生的廢物如果處置不當(dāng)?shù)脑挄?huì)危害公眾的健康和環(huán)境。而活性炭被研究證明能夠作為有效的吸附劑來去除水相和氣相環(huán)境中的各種有機(jī)和無機(jī)污染物質(zhì)[1]?；钚蕴烤哂泻艽蟮谋缺砻娣e，可控的孔徑結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性和較低的酸堿反應(yīng)性[2]。目前活性炭得到越來越多的關(guān)注，因?yàn)榛钚蕴烤哂袃?yōu)越的和有效地能力在空氣污染控制、溶劑回收、食品設(shè)備、化學(xué)和藥物行業(yè)、污水處理[3]（染料，重金屬，清潔劑，除草劑殺蟲劑等）。

盡管活性炭在吸附過程中得到很廣泛的應(yīng)用，但是活性炭應(yīng)用的最大的障礙是吸附劑的高成本和活性炭的再生比較難。然而封裝和填埋的有害污染物質(zhì)已經(jīng)逐漸變得越來越不能接受，由于日益增長的環(huán)境關(guān)注和嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)。這促使了活性炭的再生的方法發(fā)展，來滿足活性炭的再生吸附過程和它的經(jīng)濟(jì)可行性。

1 活性炭再生技術(shù)

1.1 熱再生活性炭

熱再生活性炭包括對(duì)吸附質(zhì)的惰性加熱，通過一部分吸附質(zhì)分子從炭基體中解吸，通常是利用吸附分子的弱分散作用，主要的機(jī)制是高溫分解吸附在活性炭上的吸附質(zhì)，通過空氣，二氧化碳和水蒸氣高溫?fù)]發(fā)分離出來[4]。

然而在熱再生活性炭的過程需要很長的反應(yīng)時(shí)間，高能量的消耗，需要較大的反應(yīng)設(shè)備和產(chǎn)生不當(dāng)?shù)纳郎厮俾剩瑥亩a(chǎn)生了一個(gè)不利于活性炭質(zhì)量的再生(一定的吸附損失5%～15%)。熱再生活性炭的缺點(diǎn)：典型的熱再生活性炭過程所需要的溫度在800℃～1000℃（通常用二氧化碳和蒸氣）能量消耗很高。

1.2 微波再生活性炭

微波是一種電磁波，微波波長范圍沒有明確的界限，一般是指分米波，厘米波和毫米波三個(gè)波段。也就是從1mm～1m 左右的電磁波。由于微波的頻率很高，所以又叫超高頻電磁波。在微波波段，電磁場的波段高達(dá)108 數(shù)量級(jí)輻射效應(yīng)明顯，微波有物理、化學(xué)、生物效應(yīng)，可用于各種目的，但是應(yīng)用廣泛的是微波加熱。

微波再生活性炭的機(jī)制，活性炭既是作為一種吸附劑也是一種微波能量吸收材料。也就是在“熱點(diǎn)”上將吸附的物質(zhì)進(jìn)行高溫分解，達(dá)到降解吸附物質(zhì)和再生活性炭的作用，還有的機(jī)制就是全燮提到的在利用微波能量處理水溶液中難去除的持久性有機(jī)物中時(shí)，活性炭作為催化劑可以產(chǎn)生羥基自由基來降解在吸附在活性炭上的吸附質(zhì)，來達(dá)到很好的活性炭再生[5]。

微波再生活性炭比熱再生活性炭提供了更加精確地炭床溫度控制，短暫的再生時(shí)間和能量的節(jié)約，并且能夠使活性炭再生的吸附能量增強(qiáng)。目前微波再生活性炭主要應(yīng)用在吸附染料廢水、苯類物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)物的活性炭。但是這些研究都是基于在實(shí)驗(yàn)室的操作下，因此需要加大微波的應(yīng)用方面，生產(chǎn)一定規(guī)模的微波裝置，而且需要微波與一些學(xué)科的聯(lián)合運(yùn)用。

1.3 微波過硫酸鹽再生活性炭聯(lián)合運(yùn)用

活性炭是很好的微波能量吸收物質(zhì)，并且能夠?qū)⑽⒉芰哭D(zhuǎn)化成熱能[6]。聯(lián)合微波活性炭來處理酚類污染物質(zhì)取得了很好的降解解吸效果，但是聯(lián)合來連續(xù)降解有機(jī)污染物的文獻(xiàn)很少，過硫酸鹽能夠通過熱激活和活性炭激活產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化能力的硫酸根自由基，能夠有效的降解污染物。然而在添加過硫酸鹽通過微波解吸活性炭的研究非常少，Chang[7]利用微波過硫酸鹽再生活性炭發(fā)現(xiàn)在微波60s 后，80%的過硫酸鹽得到分解，降解磺胺酸達(dá)到100%，能夠再生活性炭的吸附能力比原始活性炭好。

因此通過微波和過硫酸鹽的加入來解吸活性炭是一個(gè)比較新穎的方向和值得深入研究的課題。這對(duì)于活性炭的再生和污染物質(zhì)的連續(xù)處理具有重要的意義。

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［3］Crini G.Bioresource Technol 2006,97,1061.

［4］Román S,Ledesma B,álvarez-Murillo A,et al.Comparative study on the thermal reactivation of spent adsorbents [J].Fuel Processing Technology,2013,116:358-365.

［5］Quan X,Zhang Y,Chen S,et al.Generation of hydroxyl radical in aqueous solution by microwave energy using activated carbon as catalyst and its potential in removal of persistent organic substances [J].Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2007,263(1):216-222.

［6］Liu,X.T.,Quan,X.,Bo,L.L.,Chen,S.,Zhao,Y.Z.,2004.Simultaneous pentachlorophenol decomposition and granular activated carbon regeneration assisted by microwave irradiation[J].Carbon,2004,42:415-422.

［7］Wei M C,Wang K S,Lin I,et al.Rapid regeneration of sulfanilic acid-sorbed activated carbon by microwave with persulfate [J].Chemical Engineering Journal,2012,193:366-371.