1 引言 近年来, 粒状活性炭已广泛应用于水的净化处理, 主要是去除水的异臭味、有机污染物、消毒副生物等, 因此粒状活性炭的经济性、效率的高低, 如何实现其优化已引起普遍关注。本文从粒状活性炭再生时不同温度和时间下所对应的质量耗损、容积耗损、对再生后吸附能力产生何种影响等,进行了实验分析。 2 实验方法和材料 实验材料(粒状活性炭及其吸附物) :在实验中采用以沥青炭、褐炭、木炭为原料的粒状活性炭,有关特性如表1 所示。粒状活性炭再生方法: 一般采用加热再生。对于10g 粒状活性炭注入的氮、二氧化碳、水蒸汽量各为2. 0、1. 75 和0.5L / min 。
近年来, 粒状活性炭已广泛应用于水的净化处理, 主要是去除水的异臭味、有机污染物、消毒副生物等, 因此粒状活性炭的经济性、效率的高低, 如何实现其优化已引起普遍关注。本文从粒状活性炭再生时不同温度和时间下所对应的质量耗损、容积耗损、对再生后吸附能力产生何种影响等,进行了实验分析。
2 实验方法和材料
实验材料(粒状活性炭及其吸附物) :在实验中采用以沥青炭、褐炭、木炭为原料的粒状活性炭,有关特性如表1 所示。粒状活性炭再生方法: 一般采用加热再生。对于10g 粒状活性炭注入的氮、二氧化碳、水蒸汽量各为2. 0、1. 75 和0.5L / min 。
3 实验观察和结果
3.1 质量耗损
A 型、A - 1 型质量耗损和再生时间的关系,如图1、图2。图中表明,再生温度一定时, 再生时间与质量耗损呈线性关系。再生温度850 ℃再生时间30min 时,吸附物质的炭化和粒状活性炭自身的氧化形成一定组合, 其原因是损耗超过负荷的8 %~10 % , 质量损失的比例一定, 相对于吸附物质的粒状活性炭反应速度即与此相对应。
图3 显示了A 型、A - 1 型、B 型、C 型四种活性炭再生时间为15min 时的质量损耗和再生温度的关系。质量耗损随再生温度的提高呈指数增长, C 型的质量耗损即使较低的再生温度也将迅速增加,其原因在于再生前为高负荷以及粒状活性炭高反应性所致。
3.2 容积耗损
表2、3 表明,再生时间和再生温度不同的A 型、A - 1 型的容积损失, 可看出容积耗损受再生温度和时间的影响不是很大。
表1 负荷前后粒状活性炭的特性
活性炭类型
|
密度g/cm3
|
要素吸附能力mg/g
|
PNP吸附能力mg/g
|
DOC吸附能力mg/g
|
小孔容积cm3/g
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A型(沥青炭原料)
|
|
|
|
|
|
未用炭
|
0.47
|
1130
|
156
|
34.5
|
|
再生处理
|
0.49
|
|
|
6.7
|
|
使用后炭
|
0.53
|
850
|
110
|
|
|
A-1型
|
|
|
|
|
|
未用炭
|
0.47
|
1080
|
128
|
|
0.445
|
MB负荷炭
|
0.52
|
790
|
82
|
|
0.319
|
B型(褐炭原料)
|
|
|
|
|
|
未用炭
|
0.39
|
630
|
93
|
|
0.062
|
MB负荷炭
|
0.43
|
430
|
38
|
|
0.000
|
C型(木炭原料)
|
|
|
|
|
|
未用炭
|
0.18
|
1370
|
|
|
1.000
|
MB负荷炭
|
0.40
|
400
|
|
|
0.677
|
表2 A型容积损失(%)
再生时间min
|
再生温度650℃
|
再生温度750℃
|
再生温度850℃
|
15
|
0.83
|
1.66
|
1.78
|
30
|
1.26
|
2.50
|
1.95
|
45
|
|
0.93
|
|
表3 A-1型容积损失(%)
再生时间min
|
再生温度750℃
|
再生温度850℃
|
5
|
|
2.15
|
15
|
1.58
|
2.17
|
30
|
2.22
|
2.22
|
表4 B、C型容积损失(%)
再生温度℃
|
B型
|
C型
|
600
|
|
|
650
|
1.08
|
20.4
|
700
|
|
27.7
|
750
|
2.13
|
40.8
|
850
|
4.30
|
|
表5 A型细孔容积
再生温度/再生时间℃/min
|
密度g/cm3
|
中孔容积cm3/cm3
|
大孔容积cm3/cm3
|
负荷(工作)后
|
0.528
|
0.075
|
0.091
|
650/15
|
0.498
|
0.097
|
0.096
|
750/15
|
0.496
|
0.096
|
0.099
|
750/15
|
0.495
|
0.094
|
0.097
|
750/15
|
0.491
|
0.090
|
0.095
|
750/15
|
0.489
|
0.097
|
0.097
|
850/15
|
0.478
|
0.095
|
0.098
|
850/30
|
0.460
|
0.104
|
0.098
|
表6 A-1型BET细孔容积
再生温度/再生时间℃/min
|
密度g/cm3
|
中孔容积cm3/cm3
|
大孔容积cm3/cm3
|
负荷后
|
0.449
|
0.119
|
0.074
|
未用炭
|
0.491
|
0.115
|
0.073
|
850/15
|
0.463
|
0.116
|
0.073
|
850/15
|
0.449
|
0.114
|
0.075
|
850/30
|
0.428
|
0.136
|
0.075
|
3.3 吸附能力
a . 主要因素的吸附能力对于A 型未用炭主要成份的吸附能力, 在再生温度850 ℃、再生时间30min时恢复。
A - 1 型主要成份吸附能力, 在750 ℃、30min 时恢复再生。主要成份吸附能力即使再生温度、再生时间继续升高和延长,也不是增加很多。
b. 地下水DOC 吸附能力
粒状活性炭再生条件各不相同, 未用炭的DOC 吸附能力均逐渐回升。地下水DOC 吸附能力在850 ℃、再生30min 时增长很快,这是因为中级(meso) 细孔增加的原故,如表5 表示。
d. BET 面积和小孔容积
表7 反映了A - 1 型850 ℃再生时,所对应的BET 表面积和小孔容积,即随再生时间的延续相应增加。再生15min 时,大致接近未用炭的相应数值;15min 以上的再生, 主要是由于中孔容积增加, 得到了密度较小的活性炭。
表7 A-1型BET表面积和小孔(micro)容积
再生温度/再生时间℃/min
|
BET表面积m2/cm3
|
小孔容积cm3/cm3
|
负荷后
|
368
|
0.156
|
未用炭
|
457
|
0.200
|
850/15
|
411
|
0.178
|
850/15
|
461
|
0.199
|
850/30
|
471
|
0.197
|
4 结论
一般情况下,粒状活性炭的最佳再生条件随活性炭种类而异,以木炭系列活性炭反应性能较高,与煤炭系列相比低温时也可再生。本文提供的数据, 反映了活性炭再生最佳时间和温度的关系。