CN104475068A - 一种脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置，包括脉冲电源、反应器和载气系统，反应器包括上盖、外筒体和底座，外筒体位于上盖和底座之间，且彼此间连接；脉冲电源的输出端与上盖的高压端接线口相连，载气系统的输出端与上盖的进气口相连；外筒体内依次设有高压电极、活性炭放置层和地电极；将活性炭平铺于反应器尼龙网上，注入水并封闭反应器；启动载气系统的气泵，调节流量计，闭合系统电路；启动脉冲电源，调节参数使高压针电极与地电极间形成流光放电；断开系统电路，停止气泵，打开外筒体取出活性炭，用去离子水冲洗、干燥，即可得再生后活性炭；本发明利用脉冲放电技术降解吸附于活性炭上的有机污染物，实现了活性炭的再生。

Description

一种脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置
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，尤其是涉及一种脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置。
背景技术
资源是人类生存与发展的命脉。活性炭(Activated Carbon，AC)作为一种传统而现代的人造资源，自从问世100多年以来，被广泛应用于工农业生产的各个方面。目前，在环境保护和工业领域，AC作为吸附剂被大量用于有机污染物的吸附，然而吸附饱和的AC通常被废弃、掩埋或烧掉，造成资源浪费和二次污染。AC的吸附以物理吸附为主，即通过相间转移作用，使污染物质从溶液相转移到固相(AC上)，整个吸附过程不存在有机污染物的降解去除。对于用作难生物降解有机污染物吸附的AC在废弃后，会对环境造成极大的危害。因此，无论是从提高资源利用效率、节约成本的角度，还是从保护环境的角度，通过降解AC吸附的有机污染物质对其进行再生都具有非常重要的意义，对AC进行再生的循环利用也已经成为反映一个国家AC工业水平的重要标志。
AC再生，是指用物理的或化学的方法，在不破坏AC原有结构的前提下，将吸附于AC上的吸附质予以去除，恢复其吸附性能，达到循环使用的目的。目前，国内外用于AC再生的方法包括：热再生法、生物再生法、溶剂再生法、电化学再生法、超临界流体再生法、超声波再生法、微波辐照再生法、(催化)湿式氧化再生法和光催化氧化再生法等，各种再生方法均有其优点和不足之处。如AC的电炉热再生过程具有再生效率高、对吸附质无选择性的优点，但这种再生过程炭损失大，AC再生后机械强度下降，比表面积减小，且所需设备较为复杂，运转费用较高；AC生物再生的设备和工艺简单，但再生速度慢，再生时间长，对AC吸附容量的恢复有限，且不能用于再生吸附了难生物降解有机污染物质的AC；溶剂法再生AC的损耗较小，但再生不彻底，易造成微孔堵塞，多次再生后的AC吸附性能明显降低，且该方法的针对性强，不适用于吸附了种类繁多污染物AC的脱附等等。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置，利用脉冲放电产生的高能电子、紫外光、高活性化学物种等物理、化学综合效应降解吸附于活性炭上的难生物降解有机污染物，实现活性炭的再生。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，包括脉冲电源、反应器和载气系统；所述反应器包括上盖、外筒体和底座，所述外筒体位于上盖和底座之间，且彼此间连接；所述脉冲电源的输出端与上盖所设高压端接线口相连，所述载气系统的输出端与上盖所设进气口相连；所述外筒体内部从上到下依次设有高压电极、活性炭放置层和地电极。
进一步的，所述高压电极为高压针电极，由固定在橡胶塞内的不锈钢注射器针头组成。
进一步的，所述不锈钢注射器针头为七根12#不锈钢注射器针头，各针头间距为20mm。
进一步的，所述活性炭放置层由有机玻璃圆环和尼龙网粘制而成，且尼龙网位于有机玻璃圆环上面。
进一步的，所述地电极为不锈钢圆板。
进一步的，所述尼龙网和地电极之间的距离为10mm。
进一步的，所述脉冲电源为正极性窄脉冲旋转火花隙式高压电源。
进一步的，所述载气系统包括气泵和流量计，所述流量计的输入端连接气泵，且输出端连接进气口。
一种脉冲放电等离子体活性炭再生方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待再生的饱和活性炭平铺于反应器的外筒体中的尼龙网上，向反应器中注入水，封闭反应器；
(2)启动载气系统的气泵，调节流量计，闭合系统电路；启动脉冲电源，脉冲频率为0-150Hz，调输出电压为0-60kV，使高压针电极与地电极之间形成流光放电，放电再生时间为5-60min；
(3)断开系统电路，停止气泵，打开外筒体，取出活性炭，用去离子水冲洗、干燥，即可得再生后活性炭。
进一步的，步骤(2)中所述高压针电极(3)的各针头位于步骤(1)中所述水溶液的液面上方8mm处，所述流量计调至2L/min，脉冲频率为50Hz，电压为15-21kV，放电再生时间为60min。
本发明的有益效果：
本发明所述脉冲放电等离子体再生活性炭方法及装置，通过设置脉冲电源、高压针电极、活性炭放置层、地电极等部件，利用反应器中气-液混合相脉冲放电过程所产生的高活性化学物种、紫外光效应、冲击波、高能电子轰击等多种物理、化学综合效应降解吸附于活性炭上的难生物降解有机污染物；该装置操作简便，再生过程中活性炭损失量小、周期短、效率高、无二次污染，不需进行后续处理即可再次利用。
附图说明
图1为本发明脉冲放电等离子体再生活性炭装置的示意图。
图2为本发明装置中反应器的剖视图。
附图标记说明如下：
图中：1-高压端接线口，2-进气口，3-高压针电极，4-橡胶塞，5-外筒体，6-尼龙网，7-地电极，8-底座，9-出气口，10-有机玻璃圆环，11-接地端接线口，12-脉冲电源，13-反应器，14-载气系统。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种脉冲放电等离子体活性炭再生装置，包括脉冲电源12、反应器13和载气系统14，脉冲电源12为正极性窄脉冲旋转火花隙式高压电源，峰值电压0-60kV且连续可调，脉冲频率0-150Hz且连续可调。
所述反应器13包括开有进气口2的上盖、外筒体5和底座8，所述外筒体5为内径96mm的有机玻璃圆筒，位于上盖和底座8之间，且彼此连接；其内部从上到下依次设有高压针电极3、活性炭放置层和地电极7。高压针电极3由七根12#不锈钢注射器针头排列而成，并固定在橡胶塞4内，各针头间距为20mm，确保高压针电极3的针面保持平整，保证放电的均匀性。活性炭放置层由有机玻璃圆环10和尼龙网6粘制而成，尼龙网6位于有机玻璃圆环10上面；地电极7为直径80mm，厚度3mm的不锈钢圆板。
所述载气系统14包括气泵和流量计，流量计的输入端连接气泵，其输出端连接进气口2，气体通过外筒体5所设的出气口9排出；脉冲电源11的输出端与反应器13的上盖所设高压端接线口1相连。
本实施例中活性炭再生步骤为：
(1)称量30g的粒径为2-4mm的颗粒活性炭加入到500mL的具塞锥形瓶中，向其中加入体积400mL、浓度2000mg/L的酸性橙(AO7)溶液，在转速150r/min、温度25℃的水浴恒温振荡器中，振荡24h至吸附平衡，滤去残留液，在105℃下烘干6h，制成饱和活性炭。
(2)首先，向反应器13中加入65mL的水溶液，调节高压针电极3位于水溶液的液面上方8mm处，将饱和活性炭平铺于尼龙网6表面上，地电极7和尼龙网6的距离为10mm；其次，启动载气系统14的气泵，调节流量计至2L/min，其中载气为空气；闭合电路，启动脉冲电源12，调节脉冲频率为50Hz，电压有效值为20.4kV，放电再生60min；最后，断开电源，停止气泵，打开反应器13，取出再生后活性炭。
(3)将再生后活性炭用去离子水冲洗三次，在数显鼓风干燥箱中105℃下烘干6h。
称量冷却后的再生后活性炭，加入到250mL的具塞三角烧瓶中，向其中加入体积100mL、浓度250mg/L的AO7溶液，吸附120min，以吸附在脉冲放电等离子体再生后活性炭上AO7的量与吸附在新原炭上AO7的量的比值表示活性炭的再生效率，结果可达66.3％。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，包括脉冲电源(12)、反应器(13)和载气系统(14)；所述反应器(13)包括上盖、外筒体(5)和底座(8)，所述外筒体(5)位于上盖和底座(8)之间，且彼此间连接；所述脉冲电源(12)的输出端与上盖所设高压端接线口(1)相连，所述载气系统(14)的输出端与上盖所设进气口(2)相连；所述外筒体(5)内部从上到下依次设有高压电极、活性炭放置层和地电极(7)。
2.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述高压电极为高压针电极(3)，由固定在橡胶塞(4)内的不锈钢注射器针头组成。
3.根据权利要求2所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述不锈钢注射器针头为七根12#不锈钢注射器针头，各针头间距为20mm。
4.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述活性炭放置层由有机玻璃圆环(10)和尼龙网(6)粘制而成，且尼龙网(6)位于有机玻璃圆环(10)上面。
5.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述地电极(7)为不锈钢圆板。
6.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述尼龙网(6)和地电极(7)之间的距离为10mm。
7.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述脉冲电源(12)为正极性窄脉冲旋转火花隙式高压电源。
8.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体活性炭再生装置，其特征在于，所述载气系统(14)包括气泵和流量计，所述流量计的输入端连接气泵，且输出端连接进气口(2)。
9.一种脉冲放电等离子体活性炭再生方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待再生的饱和活性炭平铺于反应器(13)的外筒体(5)中的尼龙网(6)上，向反应器(13)中注入水溶液，封闭反应器(13)；
(2)启动载气系统(14)的气泵，调节流量计，闭合系统电路；启动脉冲电源(12)，脉冲频率为0-150Hz，调输出电压为0-60kV，使高压针电极(3)与地电极(7)之间形成流光放电，放电再生时间为5-60min；
(3)断开系统电路，停止气泵，打开外筒体(5)，取出活性炭，用去离子水冲洗、干燥，即可得再生后活性炭。
10.根据权利要求9所述的脉冲放电等离子体活性炭再生方法，其特征在于，步骤(2)中所述高压针电极(3)的各针头位于步骤(1)中所述水溶液的液面上方8mm处，所述流量计调至2L/min，脉冲频率为50Hz，电压为15-21kV，放电再生时间为60min。
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