活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　水廠顆粒活性炭的化學(xué)再生，再生液的使用評(píng)估。

　　飲用水處理廠中大多數(shù)使用顆粒活性炭用于去除微量污染物，然而微污染物的吸附飽和會(huì)導(dǎo)致活性炭頻繁的熱再生。在我們這里提出兩種解決方法，第一種是直接購(gòu)買高質(zhì)量的活性炭，擁有較大的吸附率和吸附率，擁有良好的脫附性能可以增加使用周期和減少熱再生的次數(shù)。第二種是使用化學(xué)再生，活性炭直接浸泡在活化液中進(jìn)行再生活化，該溶液能夠解吸有機(jī)污染物，并具有一系列的物理化學(xué)性質(zhì)。本次我們主要介紹活性炭的化學(xué)再生，在批處理測(cè)試中評(píng)估了幾種類型的再生溶液解吸活性炭?jī)?nèi)污染物的能力。溶液為：高純水，氫氧化鈉，乙醇，氫氧化鈉和乙醇的混合物。

　　最初，通過在硼硅酸鹽玻璃瓶中的100 mL污染物溶液中加入1 g顆粒活性炭，在pH 7.0+0.1的條件下進(jìn)行污染物吸附(圖1)。使用平臺(tái)振動(dòng)器以120 rpm攪拌瓶子預(yù)定時(shí)間，直到吸附過程達(dá)到平衡。吸附測(cè)試完成后，將100 mL選定的再生溶液添加到裝有已耗盡GAC的瓶子中，并攪拌預(yù)定時(shí)間以使其解吸。

　　圖1：活性炭?jī)?nèi)吸附飽和的目標(biāo)污染物。

　　使用不同的活化液對(duì)水廠顆粒活性炭化學(xué)再生的效果

　　反滲透水的再生和溫度的影響：水中的解吸效率很大程度上取決于水污染物的溶解度，與其他污染物相比，在所有研究的水溫(20、50和80°C)中，發(fā)現(xiàn)苯酚的解吸效率最高。先前的研究認(rèn)為，物理吸附是苯酚在活性炭上的主要吸附機(jī)理。但是，苯酚在20°C時(shí)的解吸效率較低，這表明即使在室溫下苯酚可適度溶于水中，也無法實(shí)現(xiàn)高解吸度。

　　氫氧化鈉(NaOH)：對(duì)于苯酚，很明顯，不管NaOH濃度如何，這些溶液的高pH(> 13.0)產(chǎn)生的解吸效率相近，約為50%(42.5–54.5%)。苯酚與NaOH反應(yīng)生成可溶性酚鹽，在解吸過程中很容易除去。帶負(fù)電荷的碳表面和酚酸根陰離子之間的靜電排斥力也促進(jìn)了這一點(diǎn)。注意到苯酚的解吸效率似乎隨NaOH濃度的增加而略有增加，在0.1和1 M之間，但在2 M NaOH時(shí)降低。這可以歸因于OH-吸附到碳上可能會(huì)阻礙解吸過程。另一個(gè)合理的解釋是，較高的NaOH濃度可能會(huì)因“鹽析”效應(yīng)而降低目標(biāo)污染物的溶解度。

　　乙醇(CH 3 CH 2 OH)：與具有較低疏水性的氯吡咯烷酮和甲醛相比，具有較高疏水的目標(biāo)污染物( 苯酚，硝基苯和異丙隆)的解吸效率較高。除了疏水性，據(jù)推測(cè)使用乙醇的解吸效率與目標(biāo)污染物在乙醇中的溶解度有關(guān)。但是，即使氯吡喃醛和甲醛在乙醇中的溶解度大于在水中的溶解度，也不會(huì)產(chǎn)生顯著的解吸效率，這表明這兩種污染物優(yōu)選保留吸附在活性炭上，而不是在乙醇中的溶劑化物。

　　氫氧化鈉和乙醇的混合物(NaOH/CH 3 CH 2 OH)：在先前的研究中，氫氧化鈉和甲醇的混合物顯示出能夠再生苯酚，苯胺，苯甲酸和硝基苯所消耗的碳的能力，并且假定活性炭表面性質(zhì)的變化是污染物脫附的原因。如前所述，由于存在毒性問題，在實(shí)踐中潛在地?zé)o法使用甲醇。考慮了NaOH/CH 3 CH2 OH的三種不同混合物。可以看出，所有混合物對(duì)所有污染物，特別是對(duì)于親水性化合物，其解吸效率值均遠(yuǎn)大于單獨(dú)的NaOH或乙醇的解吸度。

　　活性炭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)再生的可行性，所涉及的吸附和解吸機(jī)理結(jié)論可以歸納如下：

　　化合物對(duì)活性炭的吸附親和力按以下順序排列：硝基苯>異丙基異丁酮>苯酚>氯吡格雷>乙醛。比較親和力相關(guān)的水溶性和疏水性。室溫下反滲透水無法實(shí)現(xiàn)化合物的任何顯著解吸(<5%)，而在較高溫度下，苯酚(80°C時(shí)約24%)和氯吡吡酯(80°C時(shí)約14%)表現(xiàn)出更大的解吸作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，目標(biāo)污染物和活性炭之間存在更強(qiáng)的相互作用，這可能僅通過物理吸附即可解釋。除苯酚外，濃NaOH(<2 M)溶液無法實(shí)現(xiàn)其他四種化合物的顯著解吸(<5%)。對(duì)于苯酚，很寬的NaOH濃度(0.1–2 M)的解吸效率明顯為40–50%。這部分歸因于苯酚向酚酸根離子的轉(zhuǎn)化以及帶負(fù)電荷的碳表面的靜電排斥。觀察到目標(biāo)污染物的疏水性會(huì)影響乙醇作為再生溶液的有效性。乙醇有效地解吸了苯酚(〜60%)，硝基苯(35-45%)和異丙隆(40-70%)，由于它們的疏水性，它們很容易溶于醇。由于乙醇的侵蝕性，NaOH/CH 3 CH 2 OH混合物通常可有效地解吸所有目標(biāo)污染物。乙醇與碳的表面官能團(tuán)相互作用，削弱了吸附的污染物與活性炭之間的相互作用，導(dǎo)致它們解吸。

　　水廠顆粒活性炭的化學(xué)再生的研究表明，氫氧化鈉和乙醇的混合物的混合溶液可通過實(shí)現(xiàn)一系列有機(jī)污染物的基本脫附而有效地用作化學(xué)再生劑。未來的研究將考慮在活性炭柱測(cè)試中重復(fù)吸附/解吸循環(huán)的性能，以及再生溶液對(duì)顆粒活性炭性質(zhì)的可能影響，以便確定化學(xué)再生的潛在價(jià)值，以此作為延長(zhǎng)活性炭床壽命的一種手段。

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