CN105597717A - 一种光电协同再生粉末活性炭系统 - Google Patents

一种光电协同再生粉末活性炭系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光电协同再生粉末活性炭系统，包括依次连接的调节池、提升泵、光电协同再生反应器、沉淀池，光电协同再生反应器内设有紫外灯、负载二氧化钛的颗粒活性炭、BDD阳极、不锈钢阴极、隔网、环形的曝气管，曝气管连接有曝气泵，BDD阳极和不锈钢阴极与直流电源连接，调节池内设有搅拌器，沉淀池设有排水管和排碳管。系统在再生粉末活性炭的过程中，曝气的同时进行紫外照射负载二氧化钛的颗粒活性炭进行光催化反应、BDD阳极与粉末活性炭构成三维电极进行电化学氧化，隔网用于分离颗粒活性炭和粉末活性炭。能高效的对饱和粉末活性炭进行再生，尤其适用于环保领域产生的饱和粉末活性炭。

Description

一种光电协同再生粉末活性炭系统
技术领域
本发明涉及一种再生粉末活性炭的系统，尤其涉及一种光电协同再生粉末活性炭系统。
背景技术
粉末活性炭是一种比较特殊的碳质材料，是一种良好的吸附剂，常作为炭质吸附剂应用于工业、农业、国防、环境卫生和生物医药等许多领域。用于吸附处理的活性炭，其吸附力随着使用时间的延长而逐渐减弱甚至丧失。丧失吸附能力的饱和炭如不及时处理，就会成为新的污染源，不但造成二次污染，且浪费资源。饱和活性炭的再生，具有极其重要的工程应用价值和经济价值。目前关于颗粒活性炭再生的研究报道较多，而关于粉末活性炭再生尤其涉及光电协同再生的技术较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的光电协同再生粉末活性炭系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的包括依次连接的调节池、提升泵、光电协同再生反应器、沉淀池，所述光电协同再生反应器内设有紫外灯、负载二氧化钛的颗粒活性炭、BDD阳极、不锈钢阴极、隔网、环形的曝气管，所述曝气管连接有曝气泵，所述BDD阳极和不锈钢阴极与直流电源连接，所述调节池内设有搅拌器，所述沉淀池设有排水管和排碳管。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的光电协同再生粉末活性炭系统，由于采用紫外灯照射下二氧化钛光催化、采用三维BDD电极电化学氧化，能高效地对粉末活性炭进行再生，尤其适用于环保领域产生的饱和粉末活性炭的再生。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光电协同再生粉末活性炭系统的结构示意图。
图中：
1.调节池，2.搅拌器，3.提升泵，4.曝气泵，5.紫外灯，6.光电协同反应器，7.直流电源，8.BDD阳极，9.不锈钢阴极，10.负载二氧化钛颗粒活性炭，11.隔网，12.曝气管，13.沉淀池，14.排水管，15.排炭管。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的光电协同再生粉末活性炭系统，其较佳的具体实施方式是：
包括依次连接的调节池、提升泵、光电协同再生反应器、沉淀池，所述光电协同再生反应器内设有紫外灯、负载二氧化钛的颗粒活性炭、BDD阳极、不锈钢阴极、隔网、环形的曝气管，所述曝气管连接有曝气泵，所述BDD阳极和不锈钢阴极与直流电源连接，所述调节池内设有搅拌器，所述沉淀池设有排水管和排碳管。
系统在再生粉末活性炭的过程中，曝气的同时进行紫外照射负载二氧化钛的颗粒活性炭进行光催化反应、BDD阳极与粉末活性炭构成三维电极进行电化学氧化，所述隔网用于分离颗粒活性炭和粉末活性炭。
所诉负载二氧化钛的颗粒活性炭是通过溶胶-凝胶制备获得，包括步骤：
制备A液：活性炭g:钛酸丁酯ml:无水乙醇ml为8:10:30，按比例取钛酸丁酯缓缓加入到无水乙醇中，边加边搅拌，制得A液；
制备B液：活性炭g:浓盐酸ml:冰乙酸ml:无水乙醇ml:离子水ml为8:1:1:10:1，按比例取浓盐酸、冰乙酸、无水乙醇和去离子水，混合并搅拌，制得B液；
按上述比例称取预处理过的活性炭，加入到A液中，搅拌均匀后，缓缓滴入B液，继续搅拌约30min，制得溶胶，然后在室温下形成凝胶，再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥24h，最后在马弗炉内300℃空气氛围下加热30min。
系统再生粉末活性炭用的电解质为0.05mol/L硫酸钠溶液，再生时间为45min，气水比为2:1，粉末活性炭的浓度为0.75mg/L，负载二氧化钛颗粒活性炭的投加量为0.03L/L。
沉淀池中的上清液回收用作调节池溶液。
所述颗粒活性炭的预处理方法为：经过筛筛选的一定粒径范围的颗粒活性炭，在去离子水中反复清洗，滤去溶液以及上层的漂浮物。水洗后，把颗粒活性炭放入稀盐酸中搅拌浸泡，静置数小时后，滤去溶液以及上层的漂浮物，继续用去离子水清洗，直到滤出液为中性。剩下的活性炭，在100℃的条件下干燥2h。
所述负载二氧化钛的颗粒活性炭制备方法中，稀盐酸的浓度为0.01mol/L。
所述光电协同再生粉末活性炭系统具体操作方法为：将吸附饱和粉末活性炭与硫酸钠溶液混合置于调节池中。在光电再生反应器中提前放入一定浓度的负载二氧化钛颗粒活性炭。调节池中的混合液经过泵，进入光电再生反应器中。在紫外灯照射下，负载二氧化钛的颗粒活性炭发生光催化反应产生羟基自由基，羟基自由基与饱和粉末活性炭接触可再生粉末活性炭；同时BDD电极与粉末活性炭同时构成三维电极，发生电化学氧化作用，可进一步再生粉末活性炭；曝气的作用是进行炭的混合搅拌；再生后的粉末活性炭经一定孔径的隔网排入沉淀池，颗粒活性炭截留在反应器内继续进行光催化反应。粉末活性炭经沉淀分离后，继续下一个周期的吸附。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，再生活性炭的硫酸钠电解质浓度为0.05mol/L。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，粉末活性炭再生时间为45min。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，调节池中饱和粉末活性炭的浓度为0.75g/L。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，反应器中颗粒活性炭的投加量为0.03L/L。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，曝气量为气水比2:1。
所述光电协同再生粉末活性炭系统中，所采用的紫外灯的功率为20w。
本发明的光电协同再生粉末活性炭系统，能高效的对饱和粉末活性炭进行再生，尤其适用于环保领域产生的饱和粉末活性炭。
具体实施例：
如图1所示，包括调节池1、搅拌器2、提升泵3、曝气泵4、紫外灯5、光电协同反应器6、直流电源7、BDD阳极8、不锈钢阴极9、负载二氧化钛颗粒活性炭10、隔网11、曝气管12、沉淀池13、排水管14、排炭管15等。
调节池、光电协同再生反应器、沉淀池是分开的，通过管道系统连接起来。
所采用的催化剂为负载二氧化钛的颗粒活性炭；所采用的紫外灯的功率为20w。
电解质为Na2SO4溶液，Na2SO4溶液浓度为0.05mol/L；粉末活性炭在调节池及反应器中的浓度为0.75g/L；气水比为2：1；再生时间为45min。
光电协同再生反应器中再生的粉末活性炭经沉淀池分离；上清液可回收用作调节池溶液，粉末活性炭经沉淀分离后，继续下一个周期的吸附。
具体实施例的运行方式为：
(1)饱和的粉末活性炭与电解质溶液在调节池内混合，并有搅拌器搅拌，使两者充分混合。调节池中的混合液经过泵，进入光电再生反应器中。在紫外灯照射下，负载二氧化钛的颗粒活性炭发生光催化反应产生羟基自由基，羟基自由基与饱和粉末活性炭接触可再生粉末活性炭；同时BDD电极与粉末活性炭同时构成三维电极，发生电化学氧化作用，可进一步再生粉末活性炭；曝气的作用是进行整个体系的混合搅拌。
(2)由于反应器中隔网的拦截作用，使得负载二氧化钛的颗粒活性炭拦截在反应器中，继续在下一个周期进行光催化反应。
(3)再生后的粉末活性炭经一定孔径的隔网排入沉淀池，经过沉淀池的分离作用，上清液可回收用作调节池溶液，粉末活性炭经沉淀分离后，继续下一个周期的吸附。
负载二氧化钛的颗粒活性炭是由溶胶-凝胶法制备。负载二氧化钛的颗粒活性炭制备方法(各剂量比例)为：制备A液：活性炭(g):钛酸丁酯(ml):无水乙醇(ml)比例为8:10:30。按比例取钛酸丁酯，缓缓加入到无水乙醇中，边加边搅拌，制得A液。制备B液：活性炭(g):浓盐酸(ml)：冰乙酸(ml)：无水乙醇(ml)：离子水(ml)比例为8:1:1:10:1。按比例取浓盐酸、冰乙酸、无水乙醇和去离子水，混合并搅拌，制得B液。称取预处理过的活性炭，加入到A液中，搅拌均匀后，缓缓滴入B液，继续搅拌约30min，制得溶胶，然后在室温下形成凝胶。再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥24h。最后在马弗炉内300℃空气氛围下加热30min。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种光电协同再生粉末活性炭系统，其特征在于，包括依次连接的调节池、提升泵、光电协同再生反应器、沉淀池，所述光电协同再生反应器内设有紫外灯、负载二氧化钛的颗粒活性炭、BDD阳极、不锈钢阴极、隔网、环形的曝气管，所述曝气管连接有曝气泵，所述BDD阳极和不锈钢阴极与直流电源连接，所述调节池内设有搅拌器，所述沉淀池设有排水管和排碳管。
2.根据权利要求1所述的光电协同再生粉末活性炭系统，其特征在于，系统在再生粉末活性炭的过程中，曝气的同时进行紫外照射负载二氧化钛的颗粒活性炭进行光催化反应、BDD阳极与粉末活性炭构成三维电极进行电化学氧化，所述隔网用于分离颗粒活性炭和粉末活性炭。
3.根据权利要求2所述的光电协同再生粉末活性炭系统，其特征在于，所诉负载二氧化钛的颗粒活性炭是通过溶胶-凝胶制备获得，包括步骤：
制备A液：活性炭g:钛酸丁酯ml:无水乙醇ml为8:10:30，按比例取钛酸丁酯缓缓加入到无水乙醇中，边加边搅拌，制得A液；
制备B液：活性炭g:浓盐酸ml:冰乙酸ml:无水乙醇ml:离子水ml为8:1:1:10:1，按比例取浓盐酸、冰乙酸、无水乙醇和去离子水，混合并搅拌，制得B液；
按上述比例称取预处理过的活性炭，加入到A液中，搅拌均匀后，缓缓滴入B液，继续搅拌约30min，制得溶胶，然后在室温下形成凝胶，再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥24h，最后在马弗炉内300℃空气氛围下加热30min。
4.根据权利要求3所述的光电协同再生粉末活性炭系统，其特征在于，系统再生粉末活性炭用的电解质为0.05mol/L硫酸钠溶液，再生时间为45min，气水比为2:1，粉末活性炭的浓度为0.75mg/L，负载二氧化钛颗粒活性炭的投加量为0.03L/L。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光电协同再生粉末活性炭系统，其特征在于，沉淀池中的上清液回收用作调节池溶液。
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