活性炭再生工艺优化探讨

活性炭再生工艺优化探讨

张元怡，胡彦弢

（西安航天源动力工程有限公司，陕西省西安市  710100）

摘要：现阶段，废弃活性炭的整体回收利用率还有一定的提升空间，若是废弃活性炭处理不得当，极易导致较严重的二次污染等问题。虽然活性炭再生新技术的种类在不断增加，但多数技术目前正在研究环节，无法将其广泛化应用于具体生产活动中，并且单一化的再生方法往往难以解析活性炭表面吸附物，因此，可使用两种或多种技术耦合处理，充分提高活性炭活化率，达到再生效果。因此，活性炭再生工艺的应用逐渐成为了业内重点关注的课题。基于此背景，本文重点分析了活性炭的再生工艺优化技术，并且提出了其未来发展前景。

关键词：活性炭；再生工艺；优化措施

引言

现代工业生产过程中，活性炭的应用非常广泛与普遍，但因为整体单价较高，因此若无法对材料进行合理控制，则会致使活性炭资源供应更加紧张。因此活性炭再生研究具有良好的发展前景。

一、研究进展

目前社会公认的去除大气与水体中污染物的有效方式之一是活性炭吸附法，这种方式不但所需成本较低，整体的处理效率较高，设备工艺也较简单。使用活性炭充当填料，可有效净化钢铁工业烧结工序产生的烟气，降低出现酸雨等大气环境污染问题的概率。发挥活性炭的吸附作用，可有效吸附化工废水中的有机污染物、重金属离子等。

活性炭吸附净化污染物技术的应用较实用与广泛，使用效率也相对较高，但其不足之处也不可忽视，可能会产生许多吸附饱和的活性炭，在处理此类废弃活性炭时，所需占据的垃圾填埋场面积也比较大，需要花费的成本也较高，不但会导致严重资源浪费，还可能导致环境二次污染。

经济在不断发展进步，工农业生产时也会产生各种废气与废水，但国家对污染物排放的标准愈发严格化，由此致使活性炭用量随之增加。就环保与经济层面看来，活性炭再生技术的研究有着经济价值、利用价值，同时可有效缓解碳排放与环境中的二次污染[1]。

二、传统活性炭再生方法

传统的再生方法拥有一些显著优势，例如操作较简单、效率水平较高等，但并未广泛化推广应用。为促使其更有助于工业生产，要合理结合活性炭吸附床技术和其他再生技术。传统活性炭有着较高的再生效率，但在工业中始终存在较明显的局限性与不足之处，例如可能会对环境造成二次污染，需要花费的再生能耗成本过高等。针对这种情况，研究人员也在积极进行高效化、低碳化与绿色可持续的新型活性炭再生技术的深入研究和分析。

三、活性炭再生新技术

（一）加热再生法

加热再生法是目前使用历史最长，使用范围最广泛化的可再生方法之一。可再生的过程具体指利用吸附饱和活性炭中吸附质可在高温下从活性炭孔隙中吸解的特征，并且在高温下对吸附质进行吸解，将活性炭原本被堵住的孔隙打开，令其吸附功能恢复正常。而在高温的施加下，分子振动能也在增加，吸附平衡的关系也会随之发生改变，使吸附质分子从活性炭表面脱离出来，进入气相。加热再分解能够分解各种吸附质而形成通用性，并且因为再生相对彻底，在再生方法中也始终占据主流位置。加热再生的优势较显著，具体表现为再生时间较短、再生率较高等，但其不足之处也不容忽视，例如运转条件较为严格化，操作所需花费的费用较多，产生的再生损失也较严重等。

进行加热再生操作时，其主要过程包含：干燥、炭化、活化。干燥环节：因为湿活性炭脱水后还剩40%-50%左右的水分，将炉温调到100-150℃，会令炭粒中的水分开始蒸发，并且一些低沸点有机物也随之挥发；炭化环节：在温度达到了150-700℃之后，许多有机物会通过挥发、分解、炭化的形式，自活性炭壁孔消失；活化环节：在温度达到850℃后，会发生活化反应，产生的一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物等，会从活性炭上分解脱附[2]。

（二）微波再生法

该方式具体指利用微波炉产生热量，炭化、活化活性炭上的吸附质，尽可能恢复活性炭吸附力。发挥微波再生法作用，帮助活性炭恢复活性，再生能力也较强，活化后的活性炭，吸附性能更为明显。学者舒建华在相关实验中，对微波再生法的具体影响因素进行了客观分析，例如再生时间、再生温度等，并且其调查研究的结果显示，一旦再生的温度或时间超过了最佳区间，则会导致活性炭变焦，对再生效率也会造成不良影响。作为新技术种类，微波再生法发展仍旧不够成熟，这也是将来的研究重点。

（三）等离子体再生技术

这是一种在高能场中加速电子运动，令水分子和其他分子跃迁为激发态的技术，它可氧化脱附活性炭表面吸附的一些污染物，继而令活性炭得以再生。有学者使用等离子技术再生H-ZSM-5催化剂，提高催化剂结构稳定性，结构与酸位分布都得以成功保留下来。等离子再生技术的再生效率，和放电时间、电源效率、再生次数等各种因素联系紧密。若是放电的时间过短，则会导致活性炭表面有机物很难去除；而时间过长的情况下，则会破坏活性炭，因此为达到最佳再生效果，需选择合适的放电时间。其他条件不变的背景下，若是效率越高，电源可能对活性炭孔道产生的破坏更加严重，明显降低活性炭再生效果。有一些研究结果显示，活性炭经过等离子体一次再生，不会对其吸附能力造成明显影响，如果经过了多次再生，则会明显降低其吸附性能。

（四）超声波再生法

这种方法主要根据声音频率，形成有能量的空气泡，继而将其分解为小气泡，把水分解为羟基形式，其中的冲击力难免会导致活性炭表面物质脱落。有学者进行了微波和超声波技术耦合的相关研究，通过这种研究实现电镀行业中，含Cr饱和活性炭的再生，该实验的调查研究结果显示，耦合技术再生效率比单独的一种技术更有效率。研究中也分析了超声波功率、温度、再生时间等对实验所产生的影响，结果显示，若是超声波的功率过大，则其产生的波也会致使活性炭受到影响，甚至导致再生效率明显降低。

（五）电化学再生法

电化学再生法主要被使用到颗粒活性炭再生中。把活性炭填充至两主电极间，在电解液中加直流电场，在电场作用下，活性炭两端分别是阴极与阳极，形成微电解槽，阴极与阳极部位可分别发生还原反应、氧化反应，在反应过程中，可分解多数吸附在活性炭的污染物，还有部分会因电泳力作用出现脱附现象，继而使活性炭再生。可再生操作使用的是电化学压滤池反应器等，该方式产生的能耗较低，可能产生二次污染的概率也较低[3]。

四、前景进展

实际的工业生产操作中，需就技术可行性、经济适宜性等角度合理选择活性炭。技术层面，需准确判断再生条件适合与否，再生活性炭是否具有可利用价值。一般情况下，使用单一方法再生活性炭对吸附污染物去除率效果较差，在一些研究分析结果中显示，最佳的方式之一是实现两种或多种方法的耦合。经济层面，要客观核算活性炭再生成本，对再生成本产生影响的因素较多，主要包含人工费用、动力、燃料费、设备投入等。时代在发展进步，随着活性炭再生技术和理论的研究与发展，未来的活性炭再生技术发展将会更上一层楼。

结语

综上所述，时代在不断发展进步，现代化工业生产中活性炭制造业及应用范围也在拓宽，因此开展再生利用研究非常必要。但因为活性炭的单位价格相对较高，整体资源是非有限，若在使用中不能对其进行合理控制，则会致使活性炭资源供应更加紧张。本文主要对活性炭再生工艺进行了深入分析，分析这个技术要点和实际优化效果，可为之后的活性炭再生工艺研究给予一定借鉴。

参考文献：

[1]褚莺. 污水处理中活性炭热再生利用工艺分析[J]. 广东化工,2023,50(10):161-162+132.

[2]解炜,段超,陆晓东,麻荣福,李小亮,韩璐. 水处理用活性炭的多膛炉再生工艺与效果研究[J]. 煤炭科学技术,2019,47(12):214-220.

[3]刘强,梁国海,田行俊,张津铭. 常温常压湿法活性炭再生工艺的研究与应用[J]. 黄金,2016,37(09):54-57.

作者简历：王智（1983-），男，汉族，湖北人，本科，工程师，研究方向：离心泵。