CN101530784A - 介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置 - Google Patents

Abstract

介质阻挡放电等离子体辐射活性炭再生方法及装置涉及化工吸附分离和污染物控制技术领域，该装置主要由介质阻挡放电等离子体发生器、活性炭填充床、交流高压电源和气泵构成，其中发生器由高压电极、绝缘介质和低压网孔电极组成，活性炭填充床安装在介质阻挡放电等离子体发生器的外侧，待处理的活性炭放置于填充床内，介质阻挡放电等离子体发生器产生的活性物质和物理效应透过低压网孔电极辐照填充床内部的活性炭，处理活性炭上吸附的有机污染物，并恢复活性炭的吸附性能。本发明的有益效果是：活性炭再生率高，处理时间短，活性炭损耗少，无二次污染。

Description

介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置

技术领域

本发明涉及化工吸附分离和污染物控制技术领域，尤其涉及一种介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置。

背景技术

由于活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，对水中和气体中的有机污染物有较好的去除效果，因此活性炭吸附技术在环境污染处理中得到广泛应用。目前世界活性炭年消费量超过100万吨，并逐年递增。

由于活性炭造价高，经吸附饱和的活性炭直接废弃，将造成资源浪费及二次污染等问题，极大地限制了活性炭的应用和推广，因此，废活性炭的再生具有良好的发展趋势。近年来，许多国家都已经把着眼点转向新的活性炭再生技术的开发上，提出了各种再生工艺技术。目前用于活性炭再生的方法主要有热再生法、化学再生法、生物再生法和一些新兴的再生方法。传统的热再生法通常需要1100K以上的温度，能量消耗大，同时活性炭再生后会损耗5％-15％。化学再生法处理对象广泛，反应时间短，再生效率稳定，再生开始后无需另外加热，但对于某些难降解的有机物，可能会产生毒性更大的中间产物，且化学试剂用量大。生物法简单易行，投资和运行费用较低，但所需时间较长，水质选择性强，受水质和温度的影响很大。

放电等离子体能够产生高浓度的活性物质如O₃、·O、·OH等，氧化活性炭上吸附的毒性物质，同时放电等离子体还有紫外光、冲击波等物理效应产生，对活性炭吸附物质处理有利，提高活性炭处理效果。但是，由于放电等离子体流光具有一定的高温效应，对放置于电极之间的活性炭烧蚀，使活性炭结构变化和处理效果降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置，其是利用大气压放电等离子体氧化，炭损失率低，结构简单，操作方便。

本发明是将电工新技术、化工吸附分离工程和环境工程相结合，利用介质阻挡放电等离子体产生的活性物质氧化作用和紫外光作用等，协同降解吸附在活性炭上的有机污染物，使活性炭得到再生，恢复吸附能力。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法，是将活性炭放置介质阻挡放电等离子体区域的外侧，即放电电极系统的外侧，而不是等离子体区内部，是利用介质阻挡放电等离子体产生的活性物质和物理效应辐照活性炭填充层，对活性炭实施处理，降解活性炭上吸附的有机物，使活性炭获得再生，恢复活性炭的吸附能力。

实施上述介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法的装置，包括介质阻挡放电等离子体发生器、活性炭填充床、交流高压电源和气泵，活性炭填充床放置在发生器的外侧，气泵给发生器供气，发生器包括高压电极、绝缘介质和低压网孔电极，绝缘介质在高压电极和低压网孔电极之间并与高压电极连接，交流高压电源的高压输出端与发生器的高压电极通过高压电缆连接，交流高压电源的低压输出端与发生器的低压网孔电极通过低压电缆连接后再与地线连接。

当发生器为板体结构时，高压电极和绝缘介质均为平板，低压电极为网孔均匀分布的平板，高、低压电极之间放置绝缘介质板，且绝缘介质板与高压电极紧密接触，绝缘介质与低压电极之间是空隙，即等离子体发生区域，低压网孔电极外侧是活性炭填充床；当发生器作为柱体结构时，高压电极和绝缘介质均为圆筒，低压电极为网孔均匀分布的圆筒，要求所有圆筒是同轴放置，高压电极在内侧，介质居中且与高压电极紧密接触，低压网孔电极在绝缘介质外侧且与介质有间隙，即等离子体发生区域，低压电极外侧是活性炭填充床(也是同轴圆筒)；高压电极和低压电极均为金属材料，绝缘介质采用石英玻璃或陶瓷材料。在高低压电极之间施加交流高压电源，电源输出频率与反应器匹配，实现能量有效注入。活性炭填充床放置于低压电极外侧，填充床内部的活性炭可以采用机械和人工方法搅拌，使活性炭受等离子体作用均匀。为了高效处理活性炭，活性炭填充床和低压电极距离尽可能的小，且要求无气体泄漏。气泵产生的空气(氧气)等气体首先经过等离子体区域，转变成活性气体后通过低压电极的网孔进入活性炭填充床，处理活性炭，从填充床排出后再返回等离子体区重复利用。

本发明的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法，不仅可以对活性炭进行再生和活化，也可以对分子筛、硅胶、活性氧化铝、载铜等吸附剂物质进行再生活化，恢复它们的物理化学性能，还可以处理金属屑、金属等导体材料表面的污染物。另外，为提高填充床内部物质的处理效果，降低处理能耗，可以在填充床内放置催化剂，如TiO₂，金属(Ag、Au、Pb、Mn等)氧化物，或浸渍催化剂的载体等，实现放电生成活性物质与催化剂的催化反应，增强活性物质脱除活性炭效果。

本发明的有益效果是：活性炭再生率高，处理时间短，活性炭损耗少，无二次污染，结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置的示意图。

图2是本发明的板体型介质阻挡放电等离子体发生器的结构示意图。

图3是本发明的柱体型介质阻挡放电等离子体发生器的结构示意图。

图4是本发明的低压网孔电极的结构示意图。

图中：1、等离子体发生器，2、填充床，3、交流高压电源，4、气泵，5、高压电极，6、绝缘介质，7、低压网孔电极，8、高压电缆，9、低压电缆，10、搅拌器，11、进气口，12、出气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明：

如图1所示，本发明介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置，包括介质阻挡放电等离子体发生器1、活性炭填充床2、交流高压电源3、气泵4、搅拌器10等。

发生器1主要由高压电极5、绝缘介质6和低压网孔电极7构成，还包括高压电缆8、低压电缆9、进气口11、出气口12等附属配件。当发生器1采用板体型时，高压电极5、绝缘介质6和低压网孔电极7均为平板结构，其中绝缘介质6处于高压电极5和低压网孔电极7之间，并与高压电极5紧密连接，绝缘介质6与低压网孔电极7之间是气体间隙，是等离子体发生区域；当发生器1采用柱体结构时，高压电极5、绝缘介质6和低压网孔电极7均为圆筒形状，高压电极5在内侧，绝缘介质6居中且与高压电极5紧密接触，低压网孔电极7在绝缘介质外侧，所有圆筒同轴安放，绝缘介质6与低压网孔电极7之间是气体间隙，就是等离子体发生区域。高压电极5和低压电极7采用不锈钢材料，绝缘介质6采用石英玻璃、陶瓷或云母等绝缘材料，要求绝缘介质6厚度小于5mm。

活性炭填充床2是紧密连接在低压网孔电极7的外侧，其结构根据发生器1的结构确定，当发生器1采用平板型时，填充床2的结构也采用平板型，为方体结构；当发生器1采用圆筒型时，填充床2的结构也采用圆筒型，为柱体结构，且要求同轴放置。搅拌器10放置于填充床2内部，采用手动或自动方式搅拌填充床中的活性炭。

交流高压电源3的频率范围为50Hz-100kHz，调整频率使交流高压电源3与发生器1匹配。交流高压电源3的高压输出端与发生器1的高压电极5通过高压电缆8连接，交流高压电源3的低压输出端与发生器1的低压网孔电极7通过低压电缆9连接，然后与地线连接。

气泵4用于给发生器1供气，用于载气，气体可以是氧气或空气，当载气从发生器1的等离子体区域通过时转变成活性气体。

本发明介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置的操作流程是：

第一步，将待处理的活性炭填装在活性炭填充床2内；

第二步，先启动气泵4，检查电路和供气系统，全部正常后，闭合电源开关，调节交流高压电源3输出电压，使发生器1达到正常稳定的工作状态；

第三步，放电结束后，断开电源开关，关闭电源3，然后关闭气泵4停止供气，打开填充床2取出活性炭。

实施例一，交流高压电源3的频率为50Hz，电压有效值小于50kV，额定功率1kW。发生器1外壳由10mm厚的有机玻璃制成，外壳形状为220mm×220mm×320mm的长方体，高压电极5为100mm×100mm×2mm的不锈钢板，绝缘介质6为150mm×150mm×2.5mm的石英玻璃板，低压网孔电极7是100mm×100mm×4mm的铝板，铝板上面均匀分布φ＝3mm的圆孔，孔间距为2mm，绝缘介质6与低压网孔电极7的间隙距离为1mm，填充床2是截面与低压网孔电极7同尺寸的有机玻璃箱体，高度根据活性炭填充厚度调整，保证活性炭填实，本实施例中被处理的活性炭是柱状煤质活性炭，直径为3mm，长度为3mm-10mm，活性炭填装厚度为9mm。此外用到气体流量计、气泵4、电源开关和气阀等辅助设备。

在实施例中，选取市售化学纯的苯酚(C₆H₆O)固体，配成浓度为200mg/L的模拟废水。实施步骤为：

第一步，吸附，准确称取经过预处理的柱状活性炭100.0g，放入体积为200mL、浓度为200mg/L的苯酚溶液中，吸附48h使活性炭达到吸附平衡，用紫外分光光度计测得残液苯酚浓度为67.23mg/L。

第二步，再生，再生工艺为：

首先，将第一步100.0g吸附平衡饱和炭分成两份，各50g，其中一份作为处理样填装在填充床2中，另外一份作为对照样；

其次，启动气泵4，调节流量计，使空气流量控制在0.5m³/h，闭合交流高压电源3开关，启动交流高压电源3，调节电源3使频率为50Hz、电压峰值为15kV，形成均匀稳定的丝状放电，放电时间为60min；

最后，断开电源3开关，交流高压电源3停止供电，停止气泵4，打开填充床2，取出活性炭。

第三步，再生效果检测，将处理样和对照样的两份活性炭，分别放入体积为100mL、浓度为200mg/L的苯酚溶液中，吸附48h再次吸附平衡，取出活性炭测量残液浓度。对照样活性炭吸附平衡所得残液浓度为173.37mg/L，处理样活性炭吸附平衡所得的残液浓度为109.72mg/L，结果显示处理样比对照样的吸附能力提高了近3.4倍，经介质放电等离子体辐照处理的活性炭的吸附能力恢复了67.99％。

Claims (6)

1、介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将活性炭放置于介质阻挡放电等离子体的外侧，利用介质阻挡放电等离子体生成的活性物质和物理效应辐照活性炭，处理活性炭上吸附的有机污染物，并恢复活性炭的吸附性能。

2、实施权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法的装置，其特征在于，该装置包括介质阻挡放电等离子体发生器(1)、活性炭填充床(2)、交流高压电源(3)和气泵(4)，活性炭填充床(2)放置在发生器(1)的外侧，气泵(4)给发生器(1)供气，发生器(1)包括高压电极(5)、绝缘介质(6)和低压网孔电极(7)，绝缘介质(6)在高压电极(5)和低压网孔电极(6)之间并与高压电极(5)连接，交流高压电源(3)的高压输出端与发生器(1)的高压电极(5)通过高压电缆(8)连接，交流高压电源(3)的低压输出端与发生器(1)的低压网孔电极(7)通过低压电缆(9)连接后再与地线连接。

3、根据权利要求2所述的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置，其特征在于，所述的活性炭填充床(2)放置于发生器(1)的低压网孔电极(7)的外侧，并与低压网孔电极(7)连接。

4、根据权利要求2所述的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置，其特征在于，所述低压网孔电极(7)由网孔均匀分布的金属材料制成，放电等离子体生成的活性物质和物理效应通过低压网孔电极(7)的网孔进入活性炭填充床(2)。

5、根据权利要求2所述的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置，其特征在于，所述发生器(1)为板体结构，高压电极(5)、绝缘介质(6)和低压网孔电极(7)均为平板形状，活性炭填充床(2)为方体形状。

6、根据权利要求2所述的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生装置，其特征在于，所述发生器(1)为圆柱体结构，高压电极(5)、绝缘介质(6)和低压网孔电极(7)均为圆筒形状，活性炭填充床(2)为柱体形状，所有圆筒同轴放置。

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