CN102658101A

CN102658101A - 一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法

Info

Publication number: CN102658101A
Application number: CN2012101148577A
Authority: CN
Inventors: 陈泉源; 王密灵; 冯玥; 徐万福; 柳欢欢; 李新颖
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明公开了一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法。所述的难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法为采用Fenton试剂氧化再生吸附了分散染料废水的活性炭。具体步骤为：利用超声波的协同清洗作用和催化作用，二价铁离子和双氧水在酸性条件下反应生成·OH，由于·OH具有很高的氧化电位，它可以无选择性的将吸附于活性炭表面的有机物氧化成小分子有机物或矿化生成CO₂和H₂O，使得活性炭恢复吸附活性。本发明设备简易；操作方便，运行及药剂费用低廉；再生效率、可再生次数多，所需再生时间短。

Description

一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法

技术领域

本发明涉及一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法，具体说是一种利用类Fenton试剂的氧化作用和超声波清洗以及协同降解作用对被难降解有机物吸附饱和的活性炭进行再生利用的技术。

背景技术

活性炭具有高度发达的孔隙结构和很大的比表面积，在各行各业得到广泛的应用。它对水中有害物质，如有机物、重金属离子等能进行有效吸附而使废水得到净化。但是，活性炭价格高，使得活性炭难以付诸于实际应用。另外，活性炭也是一种大量消耗资源和能源的产品，吸附饱和的活性炭若不再生利用，是对资源的一种很大浪费，同时还将造成二次污染。

吸附有机物达到饱和的活性炭的再生方法分为化学、生物和物理、三大类。溶剂再生法利用溶剂对活性炭颗粒微孔中的有机物进行洗脱，分为无机药剂和有机溶剂洗脱。前者一般为酸或碱，后者一般用丙酮、甲醇、苯等。溶剂再生法具有炭损率低、操作简单等优点，但药剂对于被洗脱物质具有选择性，再生效率低，再生过程中产生废液需特殊处理。盐酸、磷酸、硝酸等对活性炭有活化或改性作用，若是处理得当，可增加活性炭对污染物的吸附性能；反之，则会腐蚀活性炭表面，破坏活性炭的细孔结构，降低活性炭的吸附容量和机械强度。

生物再生活性炭的原理与生物法处理污水类似，利用附着在活性炭表面的微生物降解吸附于活性炭表面的有机物。活性炭生物再生的设备和工艺均比较简单、且方法本身对活性炭无危害作用；再生活性炭再次吸附时，由于微生物的存在，能增加对水的净化作用。但是，微生物需驯化，微生物降解有机物时间长，再生效率低，这些缺点限制了生物再生法的实际应用。

目前水处理所用的活性炭，被难降解有机物吸附饱和后，一般采用两种方式处理，一是焚烧；二是运回生产厂家或自建热再生装置进行热再生循环利用。热再生法的原理是加热过程中，吸附在活性炭上的物质，通过水蒸气蒸馏、解吸、热分解过程，以解吸、炭化、氧化形式从活性炭表面消除。活性炭热再生一般采用多层式、回转式、流化床式、移动床式等高温炉窑加热，也有利用微波加热，热再生效率高。有研究表明，热再生可以提高活性炭表面的疏水性。但是，热再生操作较麻烦，一般需将吸附饱和活性炭从吸附罐或池中取出，经脱水干燥，热解活化后重新输送到吸附装置，炭损率高，为5％-20％，能耗高，设备占地面积大，同时，还会产生粉尘、CO等污染物。因此，吸附有机物饱和的活性炭再生新方法，特别是活性炭原位再生新方法对活性炭大规模工业应用十分重要。

高级氧化再生法包括电化学再生法、超声波再生法、臭氧再生法、低温等离子体再生法、湿式氧化再生法、超临界氧化再生法、光催化氧化再生法等。它们利用不同途径产生的·OH对活性炭表面吸附的有机物无选择性、强烈的氧化作用，使有机物分解为CO2和H2O。现有的高级氧化技术都有不足，如电化学氧化再生效率低，重复性差；单独臭氧对有机物氧化不彻底，再生效率不高；低温等离子体及超临界氧化再生设备复杂，腐蚀严重。康文泽等(康文泽，李艳伟，郑刚.超声波法活性炭再生研究[J].煤炭术，2011，(02)：3-5.)将吸附后的活性炭取出控干后，再与水混合，在烧杯中采用超声波对活性炭进行再生，认为芬顿试剂与超声波有协同作用。这种方法将活性炭取出，费时费力，并且会产生大量再生废液。总之，高效、实用的原位活性炭再生方法仍然需要研究探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在原地进行的活性炭的再生方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：配制质量含量为5-40％的硫酸亚铁溶液，PH调节至1-3；

第二步：将装有已饱和吸附有机物的活性炭的容器与超声波发生器连接；

第三步：将第一步制得的硫酸亚铁溶液以0.01-0.5ml/g活性炭的比例通入第二步中的活性炭中；

第四步：配置质量含量为3-30％的双氧水溶液；

第五步：将第四步制得的双氧水溶液通入第三步得到的活性炭中，根据第三步中加入的硫酸亚铁溶液的量，使H₂O₂与Fe²⁺的摩尔比为5-40，反应0.5-2h；

第六步：用清水洗去第五步得到的活性炭表面的液体。

优选地，所述第一步中的超声波发生器的超声波频率为22-33kHZ，功率为30-500W/dm³。

本发明利用超声波的协同清洗作用和催化作用，二价铁离子和双氧水在酸性条件下反应生成·OH，由于·OH具有很高的氧化电位，它可以无选择性的将吸附于活性炭表面的有机物氧化成小分子有机物或矿化生成CO₂和H₂O，使得活性炭恢复吸附活性。本发明提供一种设备简单、操作容易，且能原位进行的活性炭高效再生方法。本发明采取以下技术方案：以双氧水为氧化剂，将超声波的协同清洗作用、空化作用与二价铁离子的催化作用及活性炭酸催化作用有机结合，在酸性条件下产生·OH及其它自由基，利用·OH及其它自由基的氧化作用，无选择性地将吸附于活性炭表面的难降解有机物氧化成小分子有机物或矿化生成CO₂和H₂O，使饱和活性炭恢复吸附活性。

本发明取得的有益效果体现在：

(1)将高级氧化技术中的Fenton法与超声波技术有机结合，对吸附饱和活性炭进行再生，不仅可以产生·OH对吸附于活性炭上的有机物降解，同时还可利用活性炭的催化作用促进双氧水产生更多的自由基，提高活性炭再生效率，改善活性炭孔结构和吸附性能；

(2)再生效率可高达90％，同时经再生的活性炭可循环使用10次以上；

(3)活性炭直接在吸附塔中原位再生，减少了劳动强度及工作时间；

(4)再生设备简单，操作方便。

附图说明

图1为实施例2的工艺流程图。

图中：

1、进水管； 3、动态吸附柱； 5、出水管；

2、恒流离心泵；4、超声波发生器；80 6、活性炭。

具体实施方式

下面结合附图与实施例进一步说明本发明。

实施例1：静态吸附实验

第一步：称取1g松华活性炭公司生产的椰壳质颗粒活性炭，量取400ml分散染料生化废水(COD＝326mg/L)搅拌吸附半个小时，将活性炭过滤出，测量废水COD；

第二步：打开超声波发生器，将第一步得到的活性炭与超声波发生器连接，超声波频率为22kHz，功率为30W/dm³；

第三步：配制质量含量为20％的硫酸亚铁溶液，pH调节至3，按0.2ml硫酸亚铁/g活性炭的量通入第二步得到的活性炭中；

第四步：配制质量含量为10％的双氧水溶液，根据第三步中加入的硫酸亚铁溶液的量，将0.9ml双氧水通入第三步得到的活性炭中，使H₂O₂与Fe²⁺的摩尔比为10，振荡反应30分钟；

第五步：用清水洗去残留在第四步得到的活性炭表面的液体。

第六步：重复第一步至第五步的步骤，直至活性炭的再生率低于80％，即再生效果不佳。

按微波密封消解法快速测定COD，实验结果如表1、表2所示。

表1亚铁离子量对活性炭吸附再生的影响

注：再生率＝第n+1次再生后吸附容量/第n次再生后吸附容量*100％

表2吸附次数对活性炭吸附再生的影响

由表1可知，利用Fenton法与超声波辐射法协同对活性炭再生时，硫酸亚铁的用量有一个适用范围，根据所处理的对象不同，其适用范围随之改变，因此，在工业生产之前，需实验确定其最佳用量。由表2可知，Fenton法与超声波辐射法协同法对活性炭再生有良好效果，再生率可达80％以上，再生次数达10次。

实施例2：动态吸附实验

如图1所示，将恒流离心泵2的一端连接进水管1，另一端与动态吸附柱3的左下端相连接，流速设置为28m/h。动态吸附柱3高0.34m，半径0.01m。动态吸附柱3的上端连接出水管5，下端连接超声波发生器4，调整功率为300W。

第一步：称取50g松华活性炭公司的20目椰壳质颗粒活性炭6，量取2000ml分散染料生化废水(COD＝510mg/L)搅拌吸附半个小时，将活性炭6过滤出；

第二步：配置质量含量为30％的硫酸亚铁溶液，调节pH值为2；

第三步：将第一步得到的活性炭6称取40g，放入动态吸附柱3中，打开超声波发生器4和恒流离心泵2，将进水管1通入10ml第二步制得的硫酸亚铁溶液中，使硫酸亚铁溶液进入动态吸附柱3中；

第四步：配置质量含量为15％的双氧水溶液；

第五步：将进水管1通入30ml第四步制得的双氧水溶液中，使双氧水溶液进入动态吸附柱3中，反应1h；

第六步：将进水管1通入30ml清水中，用清水冲洗动态吸附柱3中的活性炭6；

第七步：将进水管1通入3500ml分散染料生化废水(COD＝510mg/L)中，打开出水管5，每出水500ml，测其COD；

第八步：重复第二步至第七步的步骤，直至排出的污水的COD大于200mg/L。最后，关闭超声波发生器4和恒流离心泵2。

按微波密封消解法快速测定COD，实验结果如表3所示。

表3再生活性炭分散染料生化出水动态吸附效果

由表3可知，Fenton法与超声波辐射法协同对活性炭的原位再生具有良好效果，再生次数可达10次。

Claims

1.一种难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法，其特征在于，具体步骤如下：

第二步：将装有已饱和吸附有机物的活性炭(6)的容器与超声波发生器(4)连接；

第三步：将第一步制得的硫酸亚铁溶液以0.01-0.5ml/g活性炭的比例通入第二步中的活性炭(6)中；

第四步：配置质量含量为3-30％的双氧水溶液；

第五步：将第四步制得的双氧水溶液通入第三步得到的活性炭(6)中，根据第三步中加入的硫酸亚铁溶液的量，使H₂O₂与Fe²⁺的摩尔比为5-40，反应0.5-2h；

第六步：用清水洗去第五步得到的活性炭(6)表面的液体。

2.如权利要求1所述的难降解有机物吸附饱和活性炭的再生方法，其特征在于，所述第一步中的超声波发生器(4)的超声波频率为22-33kHZ，功率为30-500W/dm³。