CN109621929B - 废活性炭的再生方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废活性炭的再生方法及应用。一种废活性炭的再生方法，包括以下步骤：将所述废活性炭进行第一次真空热解，得到一次处理活性炭；将所述一次处理活性炭与再生溶剂混合，振荡处理后进行固液分离，得到二次处理活性炭；将所述二次处理活性炭进行保温处理，然后进行第二次真空热解，得到再生活性炭。一种所述的废活性炭的再生方法的应用，用于医药生产脱色阶段废弃粉末活性炭的再生。本申请提供的废活性炭的再生方法，再生效率高、周期短。再生过程无酸碱废液产生，再生溶剂蒸馏回收后可多次循环利用；活性炭吸附能力与比表面积得到恢复，达到甚至超过新鲜活性炭的指标。

Description

废活性炭的再生方法及应用

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种废活性炭的再生方法及应用。

背景技术

活性炭因其巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及强大的吸附能力，被广泛应用于气态和液态流的净化。粉末活性炭过滤速度快、脱色除味能力强，已被广泛应用于医药、食品及印染废水脱色领域。吸附饱和后的活性炭被新鲜活性炭取代后，往往会被填埋或者焚烧，造成了经济浪费和环境污染。

目前，国内外已报道的用于活性炭再生的方法包括：热再生、化学试剂再生、生物再生、电化学再生、微波再生、湿式氧化再生、光催化再生、超临界流体再生和超声波再生等。化学试剂再生再生时间长，再生效率较低，通常需要与其他再生方法联合使用。热再生再生周期短，再生效率高，再生技术成熟，广泛用于企业大规模活性炭再生。

酸碱处理活性炭会产生大量的酸碱废液，酸碱废液属于危险废物，危险废物的处置会给企业增加很大的成本。超声处理辐射范围有限，作用体积小，难以在工程上应用。微波再生工艺需要使用特定的再生设备，微波再生设备结构复杂、成本高，增加企业设备投资成本。传统的热再生能耗大，且吸附质在活性炭孔隙内易炭化，需要与其他再生方法联合使用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种废活性炭的再生方法，所述方法能最大化除去吸附在活性炭表面及孔道中的有机物，活性炭吸附能力与比表面积得到恢复。

本发明的第二目的在于提供一种废活性炭的再生方法的应用，用于医药生产脱色阶段废弃粉末活性炭的再生。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种废活性炭的再生方法，包括以下步骤：

将所述废活性炭进行第一次真空热解，得到一次处理活性炭；

将所述一次处理活性炭与再生溶剂混合，振荡处理后进行固液分离，得到二次处理活性炭；

将所述二次处理活性炭进行保温处理，然后进行第二次真空热解，得到再生活性炭。

之所以设置第一次真空热解-溶剂脱附溶解-保温-第二次真空热解，是因为直接用溶剂处理效果不好；效果不好的原因在于，废活性炭表面附着大量杂质，呈膜状完全覆盖了活性炭炭架结构，再生溶剂不易扩散进入活性炭内孔；故，使用真空热解的方式先对废活性炭进行加热，在其表面打开一定的缺口，使得溶剂能够接触到活性炭的表面并进入到内孔中去，发生充分的脱附、溶解作用，然后在保温状态下，溶剂蒸发带走一部分有机物，再第二次真空热解彻底将表面和内孔内的杂质与活性炭本体剥离，恢复其吸附能力。整个处理过程中不使用酸碱试剂，后处理的环境压力大大减小，高效环保。

优选地，所述第一次真空热解的温度为200-250℃，保温时间为30-90min；优选地，所述保温处理的温度为150-200℃，时间为30-60min；更为优选地，所述第二次真空热解的温度为400-450℃，时间为90-150min。

初次进行的真空热解的温度不宜过高，因为温度高了之后虽然有利于将活性炭炭架结构表面的有机覆盖物快速剥离，但是也会导致活性炭内孔内的有机杂质炭化，堵塞内孔通道，以致于从电子扫描显微镜上看，表面上处理的很干净，但是活性炭本身的吸附能力却仍然很低，而且不易进行二次再生。在200-250℃条件下，活性炭表面附着的大量杂质经处理得到有效清除，利于再生溶剂扩散至活性炭内孔。

对保温处理的温度和时间的控制，是为了优化溶剂挥发带走可溶物的过程和量，为第二次真空热解打下基础。

第二次真空热解的温度的控制主要是为了优化第二次真空热解处理的效果。因为低于400℃时，吸附在活性炭表面及内部孔道的有机物无法得到充分分解，效果和效率均降低；高于450℃时，会因孔壁坍塌和炭化使活性炭吸附能力下降和重复使用性变差。

优选地，所述再生溶剂为甲醇、丙酮、二氯甲烷、乙醇和异丙醇的混合液。

更加优选地，所述再生溶剂中各组分的体积百分比为：甲醇40-50％、丙酮15-20％、二氯甲烷15-20％、乙醇10％、异丙醇10％。

对再生溶剂的选择，是为了获得更好的脱附、溶解效果。这里主要考虑了各个溶剂的沸点与被处理有机物的沸点的差值，以便目标有机物能够更好的溶解在再生溶剂内。

进一步优选地，所述一次处理活性炭与所述再生溶剂的料液比为50-200g/L。

控制料液比是为了获得更好的处理效果，避免浪费溶剂或者效率低下。

优选地，所述振荡处理使用摇床进行；进一步优选地，所述摇床的温度为30-50℃，摇动速率为120-150r/min，振荡时间为2-3h。

选择摇床、优选摇床的使用参数，是为了更好的让活性炭在再生溶剂作用下发生脱附作用，同时更好的将脱附下来的有机物溶解在再生溶剂中。

优选地，所述第一次真空热解和所述第二次真空热解的真空度为0.06-0.08MPa，升温速率为3-5℃/min。

控制真空度和升温速率是为了保证真空热解的效果。

可选地，所述的废活性炭的再生方法还包括后处理步骤：

将所述固液分离得到的滤液和所述第二次真空热解得到的热解液合并，减压蒸馏得到的轻组分回收，重组分与所述第一次真空热解得到的色素废液合并处理达标后排放。

经过后处理步骤，可以将再生溶剂最大程度的回收利用，实现再生溶剂的循环使用，减少处理过程中产生的废液，降低环境压力，同时降低处理成本。

优选地，所述减压蒸馏的条件为：温度60-75℃，压力0.06-0.08MPa。

对减压蒸馏条件的优选，有助于优化再生溶剂回收过程。

一种所述的废活性炭的再生方法的应用，用于医药生产脱色阶段废弃粉末活性炭的再生。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)再生过程无酸碱废液产生，工艺环保；

(2)再生周期短，再生效率高，适合工业化生产，应用广泛；

(3)再生处理后，活性炭吸附能力与比表面积得到恢复，达到甚至超过新鲜活性炭的指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例所用废活性炭的热重图；

图2为实施例所用废活性炭的扫描电子显微镜图；

图3为实施例1再生活性炭的扫描电子显微镜图；

图4为实施例1和比较例1得到的活性炭的特征氮气吸附-脱附等温线图；

图5为实施例1和比较例1得到的活性炭的孔径分布图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

将废活性炭进行第一次真空热解，控制真空度为0.06MPa，升温速率为5℃/min，热解温度250℃，保温时间60min，得到一次处理活性炭。

将一次处理活性炭与再生溶剂按料液比50g/L混合，摇床振荡促进再生溶剂在活性炭内孔进行扩散-脱附-溶解有机物。再生溶剂那体积百分比包括甲醇40％、丙酮20％、二氯甲烷20％、乙醇10％、异丙醇10％；摇床温度为30℃、摇动速率为120r/min，振荡3h后，通过抽滤将固液分离，得到二次处理活性炭。

将二次处理活性炭在200℃下保温30min后，继续升温至450℃，进行第二次真空热解，真空度为0.08MPa，升温速率为3℃/min，保温时间90min，得到再生活性炭。

对所使用的废活性炭进行热重测定，结果如图1所示。图1表明，在200-250℃时，废活性炭失重明显，说明在此温度范围内，废活性炭表面的杂质、有机物发生变化，如果先对其进行热处理，则有利于再生溶剂对活性炭内孔进行深度处理。

对废活性炭和再生活性炭进行扫描电子显微镜检测，如图2和图3所示。图2中，废活性炭的表面被杂质和有机物覆盖呈膜；图3中，经过处理后，再生活性炭的表面得到恢复。

实施例2

将医药生产脱色阶段废活性炭进行第一次真空热解，控制真空度为0.07MPa，升温速率为4℃/min，热解温度200℃，保温时间90min，得到一次处理活性炭，热解过程产生的色素废液冷却后收集处理。

将一次处理活性炭与再生溶剂按料液比200g/L混合，摇床振荡促进再生溶剂在活性炭内孔进行扩散-脱附-溶解有机物。再生溶剂那体积百分比包括甲醇50％、丙酮15％、二氯甲烷15％、乙醇10％、异丙醇10％；摇床温度为50℃、摇动速率为130r/min，振荡2h后通过抽滤将固液分离，得到二次处理活性炭，使用滤液收集瓶将滤液收集。

将二次处理活性炭在150℃下保温60min后，继续升温至400℃，进行第二次真空热解，真空度为0.06MPa，升温速率为5℃/min，保温时间150min，得到再生活性炭和热解液。

热解液与滤液一起进行减压蒸馏，控制温度60℃，压力0.08Mpa；轻组分溶剂冷却后将再次用作再生溶剂，重组分与色素废液一起被收集处理达标后排放。

实施例3

将医药生产脱色阶段废活性炭进行第一次真空热解，控制真空度为0.08MPa，升温速率为3℃/min，热解温度220℃，保温时间30min，得到一次处理活性炭，热解过程产生的色素废液冷却后收集处理。

将一次处理活性炭与再生溶剂按料液比100g/L混合，摇床振荡促进再生溶剂在活性炭内孔进行扩散-脱附-溶解有机物。再生溶剂那体积百分比包括甲醇45％、丙酮18％、二氯甲烷17％、乙醇10％、异丙醇10％；摇床温度为40℃、摇动速率为150r/min，振荡2.5h后通过抽滤将固液分离，得到二次处理活性炭，使用滤液收集瓶将滤液收集。

将二次处理活性炭在180℃下保温50min后，继续升温至420℃，进行第二次真空热解，真空度为0.08MPa，升温速率为4℃/min，保温时间120min，得到再生活性炭和热解液。

热解液与滤液一起进行减压蒸馏，控制温度75℃，压力0.06Mpa；轻组分溶剂冷却后将再次用作再生溶剂，重组分与色素废液一起被收集处理达标后排放。

实施例4

将医药生产脱色阶段废活性炭进行第一次真空热解，控制真空度为0.075MPa，升温速率为5℃/min，热解温度230℃，保温时间70min，得到一次处理活性炭，热解过程产生的色素废液冷却后收集处理。

将一次处理活性炭与再生溶剂按料液比150g/L混合，摇床振荡促进再生溶剂在活性炭内孔进行扩散-脱附-溶解有机物。再生溶剂那体积百分比包括甲醇48％、丙酮16％、二氯甲烷16％、乙醇10％、异丙醇10％；摇床温度为45℃、摇动速率为140r/min，振荡2h后通过抽滤将固液分离，得到二次处理活性炭，使用滤液收集瓶将滤液收集。

将二次处理活性炭在160℃下保温40min后，继续升温至440℃，进行第二次真空热解，真空度为0.065MPa，升温速率为4℃/min，保温时间100min，得到再生活性炭和热解液。

热解液与滤液一起进行减压蒸馏，控制温度70℃，压力0.075Mpa；轻组分溶剂冷却后将再次用作再生溶剂，重组分与色素废液一起被收集处理达标后排放。

实施例5

将医药生产脱色阶段废活性炭进行第一次真空热解，控制真空度为0.065MPa，升温速率为3℃/min，热解温度240℃，保温时间80min，得到一次处理活性炭，热解过程产生的色素废液冷却后收集处理。

将一次处理活性炭与再生溶剂按料液比80g/L混合，摇床振荡促进再生溶剂在活性炭内孔进行扩散-脱附-溶解有机物。再生溶剂那体积百分比包括甲醇42％、丙酮19％、二氯甲烷19％、乙醇10％、异丙醇10％；摇床温度为35℃、摇动速率为145r/min，振荡3h后通过抽滤将固液分离，得到二次处理活性炭，使用滤液收集瓶将滤液收集。

将二次处理活性炭在170℃下保温55min后，继续升温至440℃，进行第二次真空热解，真空度为0.075MPa，升温速率为3℃/min，保温时间140min，得到再生活性炭和热解液。

热解液与滤液一起进行减压蒸馏，控制温度65℃，压力0.075Mpa；轻组分溶剂冷却后将再次用作再生溶剂，重组分与色素废液一起被收集处理达标后排放。

比较例1

与实施例1相比，区别在于不进行第一次真空热解。

测试实施例1和比较例1得到的活性炭，得到图4和图5。测试数据如下表1所示：

表1实施例1与比较例1活性炭孔隙参数数据

从图4中可以看出，在任意相对压力条件下，实施例1所得再生样品的氮气吸附量都高于比较例1所得样品的氮气吸附量，说明实施例1再生效果要优于比较例1再生效果。从表2可以看出，实施例1所得再生样品相比于比较例1所得再生样品，有较大的微孔比表面积、介孔比表面积以及微孔体积、介孔体积，说明实施例1再生过程对废活性炭的孔隙恢复更有效，这与表2中碘吸附值的变化一致。

比较例2

与实施例2相比，区别在于不进行一次处理活性炭与再生溶剂混合、振荡处理。

比较例3

与实施例3相比，区别在于不进行第二次真空热解。

测定再生前活性炭、实施例1-5得到的再生活性炭、比较例1-3得到的活性炭的比表面积及碘吸附值，数据见下表2。

表2测试数据

样品	比表面积(m<sup>2</sup>/g)	碘吸附值(mg/g)
			废活性炭	591.84	528.32
新鲜活性炭	882.97	804.63
			实施例1	1039.85	937.26
实施例2	875.99	792.70
			实施例3	971.93	878.84
实施例4	802.43	724.54
			实施例5	871.71	792.02
比较例1	680.69	611.98
			比较例2	605.67	594.72
比较例3	660.13	602.32

由上表1可知，本申请提供的方法，处理效果好，且第一次真空热解、再生溶剂脱附振荡、第二次真空热解构成了方法的整体，缺少任一步骤都会大大降低处理效果。

本申请提供的废活性炭的再生方法，再生过程无酸碱废液产生，工艺环保。再生周期短，再生效率高，适合工业化生产。再生处理后，活性炭吸附能力与比表面积得到恢复，达到甚至超过新鲜活性炭的指标。所选再生溶剂均为沸点较低的有机溶剂，蒸馏回收后可多次循环利用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (12)

1.一种废活性炭的再生方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述废活性炭进行第一次真空热解，得到一次处理活性炭；

将所述一次处理活性炭与再生溶剂混合，振荡处理后进行固液分离，得到二次处理活性炭；

将所述二次处理活性炭进行保温处理，然后进行第二次真空热解，得到再生活性炭；

所述第一次真空热解的温度为200-250℃；

所述第二次真空热解的温度为400-450℃；

所述再生溶剂为甲醇、丙酮、二氯甲烷、乙醇和异丙醇的混合液。

2.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述第一次真空热解的保温时间为30-90min。

3.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述保温处理的温度为150-200℃，时间为30-60min。

4.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述第二次真空热解的时间为90-150min。

5.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述再生溶剂中各组分的体积百分比为：甲醇40-50%、丙酮15-20%、二氯甲烷15-20%、乙醇10%、异丙醇10%。

6.根据权利要求5所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述一次处理活性炭与所述再生溶剂的料液比为50-200g/L。

7.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述振荡处理使用摇床进行。

8.根据权利要求7所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述摇床的温度为30-50℃，摇动速率为120-150r/min，振荡时间为2-3h。

9.根据权利要求1所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述第一次真空热解和所述第二次真空热解的真空度为0.06-0.08MPa，升温速率为3-5℃/min。

10.根据权利要求1-9任一项所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，还包括后处理步骤：

将所述固液分离得到的滤液和所述第二次真空热解得到的热解液合并，减压蒸馏得到的轻组分回收，重组分与所述第一次真空热解得到的废液合并处理达标后排放。

11.根据权利要求10所述的废活性炭的再生方法，其特征在于，所述减压蒸馏的条件为：温度60-75℃，压力0.06-0.08 MPa。

12.一种权利要求1-11任一项所述的废活性炭的再生方法的应用，其特征在于，用于医药生产脱色阶段废弃粉末活性炭的再生。

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