活性炭再生工艺效果分析

活性炭再生工艺效果分析成建光（山东华科再生资源有限公司，山东，东营，257019）摘要：随着工业发展的需要，活性炭的使用越来越广泛，废活性炭的再生利用越来越重要。再生活性炭的性能指标直接影响再生活性炭的使用价值；所以提高活性炭再生工艺获得高性能指标的再生活性炭是再生活性炭行业的关键问题。重点介绍了一种新的再生活性炭的工艺设备；从再生活性炭的产率，再生活性炭的空隙特征，再生活性炭的微观表面特征和再生活性炭的吸附特征等方面对再生活性炭的性能指标进行了探索。由此对新再生活性炭工艺设备的工艺效果进行了验证分析。关键词：活性炭；再生；工艺效果EffectAnalysisofActivatedCarbonRegenerationProcessChengJianGuang（ShanDongHuakerenewableresourcesLtd.，ShanDong，DongYing，257019）Abstract：WiththeneedofIndustrialDevelopment,activatedcarbonisusedmoreandmorewidely,theregenerationofwasteactivatedcarbonisbecomingmoreandmoreimportant.Theperformanceindexesoftheregeneratedactivatedcarbondirectlyaffecttheusevalueoftheregeneratedactivatedcarbon.Soitisakeyproblemtoimprovetheregenerationtechnologyofactivatedcarbontoobtainhighperformanceindexesofregeneratedactivatedcarbon.Thispapermainlyintroducesanewtechnologyfortheregenerationofactivatedcarbon.Thepropertiesofactivatedcarbonwereexploredfromtheaspectsofthepropertiesoftheactivatedcarbon,thecharacteristicsoftheregenerationofactivatedcarbon,thecharacteristicsoftheregenerationofactivatedcarbonandtheadsorptioncharacteristicsofactivatedcarbon.Theprocesseffectofthenewregeneratedactivatedcarbonprocessequipmentisverified.KeyWords：Activatedcarbon；regeneration;Processeffect随着工业的发展，人们生活水平的不断提高及环境保护的要求，活性炭的使用量不断增加，废活性炭的再生对提高资源利用效率，发展循环经济，建设节约型社会具有十分重要的意义。资源消耗殆尽只是时间问题，资源必须反复循环利用。废活性炭再生利用是保持活性炭行业持续发展后劲的必有之路，也是目前经济有效的方法。这是一项既有意义又有前途的绿色产业。废活性炭再生利用，应用领域广泛，市场前景巨大。针对本行业而言，没有无用的垃圾，只有等待开发的资源，需要解决的问题只是如何提高回收技术和行业管理水平，实现物尽其用，发展循环经济。根据研究国内外活性炭再生技术现状及我国废活性炭再生产业存在的环境污染问题，结合我国环境保护法及生态文明社会建设需要设计制造出环保活性炭再生设备并开发出生产工艺。该设备采用高温[1，2]负压、裂解将废活性炭内部杂质进行脱附;利用碳化，活化等高科技工艺使其恢复原有活性。整套设备智能化控制，无尘安全生产，无固体废物排放，无有毒有害废气排放，实现全程自动化。1．再生活性炭产率分析废活性炭再生过程中废活性炭与水分比例为炭水比。对再生率与再生炭理化指标影响最大的因子即为炭水比，因此在确保再生活性炭质量的前提下，应控制较为标准的炭水比值。再生正交试验技术见表1.表1：再生炭正交试验表（对再生得率的考察）试验号A温度（℃）B时间（min）C水炭比（%）再生得率（%）180051091.00282081593.673750152086.61485051092.285700102083.446850151097.31790052087.098920121092.309950151585.67从表1中可知，在确保再生质量的前提下，应尽量控制较小的炭水比，范围在15%为好。这主要是因为，废活性炭在热再生各工段温度下，废活性炭中的挥发组份受热析出尚不完全，较多地残留在活性炭中；随着热再生温度的升高，挥发组份的析出速率增大，在700～750℃热再生时，挥发组份基本完全析出，对产出率不再有明显的影响。虽然随着热再生温度的进一步升高，少量的残留蒸汽所产生的二次反应有所增强，但二次反应产生的活性炭状物质达到最高值，足以对再生活性炭的产量产生十分明显的影响，所以就本实验条件来看，为废活性炭原料中的挥发组份充分析出，热再生温度不宜低于850℃。更进一步提高热解温度，对于提高再生活性炭的产率并没有明显的作用，炭水比15%可促使废炭中的蒸汽长时间的裂解反应及挥发组份析出的加强，从而使再生炭的产量加强。再生试验的温度在中等温度范围内，即750～950℃之间。试验结果显示，再生活性炭的产率大致在85%～98%之间。产量随热解温度变化的情况见表1，其中热解温度为850℃再生炭的产率最高，约为95%，而在其余温度范围内再生炭的产率虽然略有波动，但总体上变化不明显。2．再生活性炭孔隙特征分析再生活性炭是一种高含碳率的多孔状物质，是表面并非光滑平整，而是凹凸不平的，甚至在颗粒内部还存在着一些孔隙，这些孔隙有的与外表面相通，有的则完全封闭。探讨再生活性炭的孔隙结构，包括孔径分布和比表面积，所使用的分析仪器有：Quantacrom公司的Poremaster-60型压汞仪和Coulter公司和Omnisorp100cx型氮气吸附仪。2.1比表面积所谓比表面积，是指单位质量或单位体积的某种物质的总表面积（外表面积加上内表面积得孔隙表面积）。由于内孔的存在，总表面积可能是外表面积的几倍、数十倍，甚至达到数百倍。2.1.1压汞法取粒径为0.355~1.0mm再生活性碳和2.5~5.1mm再生活性炭碳，进行压汞分析可以看出，在450℃~550℃热解温度范围内，热解碳的比表面积（压汞法）随着热解温度的升高而明显增大，而在800℃~850℃之间时比表面积（压汞法）则趋于稳定。这是应为随着温度升高再生活性炭中挥发份减少，炭黑在再生活性炭中所占的比重相对增加，当热解温度在750℃以上时，再生活性炭基本以炭黑体为主体，其比表面积值基本上不再有明显变化。2.1.2氮气吸附法（BET）选取热解温度为850℃，粒径为0.355~1.0mm的热解碳，使用氮气吸附仪测得其比表面积约为89.1m2/g，是压汞仪测量值的3倍左右。这主要是因为，两种仪器的测量原理不同，测控范围也有所差异。氮气吸附法是依据著名的多分子吸附理论（有Brunauer、Emmett、Teller三人在1938年提出）来确定比表面积和孔隙特征；而压汞法则是基于汞的不浸润性，而仅在外压作用下进入孔隙内。压汞仪一般适用于测量中孔和大孔，而氮气吸附法则是与测量微孔和部分中孔。2.2平均孔径氮气吸附对750℃热解碳（200目）的分析结果显示，再生活性碳的平均孔径约为49.45A,发达的中孔，即其孔隙以中孔居多。4.检测结论和分析为了考察再生活性炭和活性炭的吸附能力[3-5]，我们选取几种比较典型的、分子大小不同的三种吸附物质—亚甲基蓝溶液、碘溶液以及苯酚溶液，使用再生得到的活性炭进行吸附实验的研究。4.1苯酚吸附[6,7]对再生活性炭及原生活性炭吸附苯酚的结果进行考察，原生活性炭的苯酚吸附值很小，仅为36mg/g左右，实验结果显示活化温度为850℃时制得的再生活性炭对苯酚的吸附量更达到51mg/g左右。再生活性炭对苯酚的吸附量与表面积大小的关系，随着再生活性炭比表面积的增大，苯酚吸附量明显增加，再生活性炭比表面积达到200m²/g时，苯酚吸附量达到最大值，此后比表面积进一步增大时，苯酚吸附量下降。这证明了活性炭进行吸附时，吸附能力的强弱并不是简单地与比表面积成正比，而是与内部空隙结构和被吸附物质的分子大小有密切关系。对于分子比较小的苯酚（分子量94.1）来说，微孔在吸附过程中起着主要作用。随着烧失率的不断增大，活性炭内部的部分微孔开始扩大而形成过渡孔，所以尽管比表面积仍然增大，但苯酚吸附量反而出现了下降。4.2碘吸附[8,9]一般认为，活性炭对碘的吸附能力较大，故吸碘值常常作为活性炭工业衡量炭黑和活性炭性能的一个重要指标。再生活性炭对碘的吸附量与比表面积大小的关系：碘吸附量基本上随着比表面积的增大而增大。再生活性炭失率大小对碘吸附能力的影响：再生活性炭的比表面积随着烧失率的增加而增大，故我们看到当烧失率增大时，碘吸附量也随之增大。与碘吸附不同，再生活性炭吸附苯酚时出现吸附量先上升后减少的现象，这是因为碘分子量（分子量为214）要比苯酚分子大一些，所以在吸附过程中，较小孔径的过渡孔在吸附过程中占了很大比重因此随着活化反应不断进行微孔开始转化为过渡孔，碘的吸附量也随之上升。4.3亚甲基蓝吸附[10,11]再生活性炭对甲基蓝的吸附量与比表面积的关系：比表面积值在100～175m²/g时，吸附量大致上维持在200mg/g的水平上，并略有下降；比表面积进一步增大时，亚甲基蓝吸附量便开始显略下降。实验结果出现了一种现象：再生活性炭和原生活性炭对亚甲基蓝表现出了更强的吸附能力，似乎再生反而使得吸附能力下降。再生活性炭对亚甲基蓝的吸附之所以表现出不同于对碘吸附和对苯酚吸附的规律，我们认为出了与再生过程中孔隙结构的变化情况以及对碘吸附和对苯酚吸附的规律，我们认为除了与再生过程中孔隙结构的变化情况以及甲基蓝分子大小有关以外，再生活性炭的表面有机官能团和表面氧化物在亚甲基蓝的吸附过程中的影响也是一个重要因素，这些表面有机官能团和表面氧化物对活性炭吸附某些物质的能力将会产生重要影响，亚甲基蓝的分子量（373.9）比碘更大，在使用活性炭进行吸附时，以孔径较大的过渡孔吸附为主，因此，在活化初期，虽然比表面积开始增加但亚甲基蓝的吸附量却没有较大变化。随着比表面积和烧失率的不断增大，再生活性炭表面所形成的酸性氧化物也随之增多，这不利于亚甲基蓝的吸附。因此，亚甲基蓝吸附量出现下降。5.结论该设备采用高温负压、裂解将废活性炭内部杂质进行脱附;利用碳化，活化等高科技工艺使其恢复原有活性。从再生活性炭的空隙特征，再生活性炭的微观表面特征进行分析探索可知，利用该工艺设备再生的活性炭的孔隙以中孔或过渡孔为主，再生率在850℃可达到理想的92%以上；再生活性炭的吸附特征表明再生活性炭对大分子物质的吸附效果比小分子物质的吸附效果更好。参考文献[1]林冠烽，牟大庆，程捷等。活性炭再生技术研究进展[J]。林业科学，2008，44（2）：150-154.[2]夏洪应，彭金辉，刘晓海等。水蒸气活化再生乙酸乙烯合成触媒活性炭[J]。化学工程，2007，35（4）：61-64[3]R.Helleur,N.Popovic,M.Ikura,Characterizationandpotentialapplicationsofpyrolyticcharfromablativepyrolysisofusedtires,J.Anal.Appl.Pyrolysis,2001,58-59:813-824.[4]J.L.Allen,J.L.Gatz,P.C.Eklund,Applicationsforactivatedcarbonsfromusedtires:butaneworkingcapacity,C