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 。
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 |
| 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,可供参考。
《山东环境》2000 年第2 期
