CN109894104A - 一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将吸附饱和后的粉末活性炭投入自制反应槽装置中，向其中加入自来水混合均匀，制得混合液；(2)启动超声、打开紫外灯，使超声与光解同时作用于步骤(1)制得的混合液；(3)反应结束后将经过步骤(2)再生处理的混合液排出，过滤分离并烘干，即获得再生后粉末活性炭；本发明方法使活性炭获得较大程度再生而能够循环使用，且再生尾水易处置或亦可循环利用。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，由其涉及一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法。
背景技术
粉末活性炭具有大比表面积、吸附力强、性能稳定、絮凝与助过滤等特点，广泛应用于化工、食品、医药等产品的脱色、除杂精制和污水净化等领域。随着人类社会的发展，活性炭的消耗量越来越大，同时活性炭制备工序复杂、成本高，若将使用后活性炭直接舍弃，不仅造成资源浪费，而且易导致二次污染。因此需要寻求一些途径将吸附饱和后活性炭进行再生活化，在一定程度上使其得到循环利用。
近年来，国内外活性炭的再生方法主要包括：热再生法、溶剂再生法、生物再生法、湿式氧化再生法等，就目前而言，热再生法因其工序简单依然是活性炭再生的主流方法，但以上这些方法均存在再生时间长与再生效率低等问题。如专利CN106944025A公开了通过干燥和炭化后升温并融入水蒸气的方法再生粉末活性炭，此法工艺简单，但无法适应于废水处理后的粉末活性炭再生，在处理过程中易扬尘且反应不均匀，难以处理，同时在炭化与活化过程中产生的废气也容易造成二次污染。
不仅如此，大多数方法常受各种因素制约，诸如化学再生法需合适的化学反应、生物再生法取决于吸附剂的挥发性能、单一溶剂再生受制于特殊的吸附剂溶解参数，且往往只是侧重于吸附质从活性炭表面脱附即止，有机物难以从本质上获得根本性地降解去除，尤其是溶剂再生法，从活性炭表面脱附有机分子直接进入再生试剂溶液中，进而产生了后续废水的处置问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法。本发明方法使活性炭获得较大程度再生而能够循环使用，且再生尾水易处置或亦可循环利用。
本发明的技术方案如下：
一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将吸附饱和后的粉末活性炭投入自制反应槽装置中，向其中加入自来水混合均匀，制得混合液；
(2)启动超声、打开紫外灯，使超声与光解同时作用于步骤(1)制得的混合液；
(3)反应结束后将经过步骤(2)再生处理的混合液排出，过滤分离并烘干，即获得再生后粉末活性炭；
所述自制反应槽装置包括再生反应槽、超声反应器、紫外光灯；其中再生反应槽是由铝板组装而成，整体尺寸为50×30×40cm，铝板厚度8mm，内表面涂覆了0.5mm厚的半导体TiO2；在反应槽上方中心位置放置紫外光灯；在顶部盖板两侧对称位置共插入四根超声探棒，反应槽内探棒长度为35cm，有效超声段15cm，感受超声范围5cm，探棒外端接线连接超声启动装置，每根探棒功率3kw，超声频率可调节。
步骤(1)中所述吸附饱和后的粉末活性炭质量与自来水的体积比为1:20～40Kg/L；所述混合液总量不超出反应槽总容量的2/3。
步骤(2)中所述超声频率为40～80KHz。
步骤(2)中所述紫外光灯功率为200～400W。
步骤(3)中所述反应时间为4～6h，烘干时间为10～12h。
本发明有益的技术效果在于：
本发明将超声与光催化有效结合协同再生粉末活性炭，如附图2所示，首先利用超声的空化作用使吸附于活性炭中的有机物尽可能脱附分离，然后通过半导体TiO2在紫外光照射下发生光催化氧化还原反应将脱附下来的绝大部分有机物如醛类、酸类、氨类与其他VOC类有机物高效降解为CO2、H2O以及其他小分子、无机离子等无毒无害物质，从而消除或减少存在于再生液中的有机物以降低再生用水的处理难度，且过程中无任何添加剂，故不会产生二次污染。
经本发明提供的处理方案，活性炭可获得较大程度再生而能够循环使用，且再生尾水易处置或亦可循环利用。
附图说明
图1为本发明提供的活性炭再生自制装置简图；
图中：1、紫外灯，2、灯罩，3、铝板表面涂覆TiO2，4、超声棒，5、有效超声段。
图2为本发明活性炭再生原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)取1kg吸附饱和后活性炭，投入自制反应槽中，按固液比1:40Kg/L加入自来水混合均匀；
(2)然后启动超声发生器、打开200W紫外光灯，设置超声频率40KHz，使超声与光催化同时作用于混合液中；
(3)再生处理4h后将混合液排出，过滤分离并置于干燥箱中烘干10h即得再生活性炭。
另外，作为对照，在同等条件下也分别通过单一超声或光催化对混合液进行了处理。为验证再生效果，取初始浓度为50mg/L苯酚溶液，按0.5％向其中分别加入新活性炭、吸附饱和活性炭与再生活性炭静态吸附1h，另外也检测了再生尾水中的有机物含量(COD表征)，相关数据指标如下表1所示：
表1
从表1中数据可以看出，通过超声与光催化协同作用后活性炭的再生效果显著，虽相对于新活性炭有所降低，但仍保持较高的吸附去除效果，活性炭的再生率可达到97.70％，可循环使用以减少生产成本与消除二次污染。同时，经检测再生处理的尾水中COD含量仅含22.45mg/L，易于直接处理或二次利用。
实施例2
一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)取1.5kg吸附饱和后活性炭，投入自制反应槽中，按固液比1:30加入自来水混合均匀；
(2)然后启动超声发生器、打开300W紫外光灯，设置超声频率60KHZ，使超声与光催化同时作用于混合液中；
(3)再生处理5h后将混合液排出，过滤分离并置于干燥箱中烘干11h即得再生活性炭。
另外，作为对照，在同等条件下也分别通过单一超声或光催化对混合液进行了处理。为验证再生效果，取初始浓度为80mg/L苯酚溶液，按1％向其中分别加入新活性炭、吸附饱和活性炭与再生活性炭静态吸附1.5h，另外也检测了再生尾水中的有机物含量(COD表征)，相关数据指标如下表2所示：
表2
从表2中数据可以看出，通过超声与光催化协同作用后活性炭的再生效果显著，虽相对于新活性炭有所降低，但仍保持较高的吸附去除效果，活性炭的再生率可达到98.73％，可循环使用以减少生产成本与消除二次污染。同时，经检测再生处理的尾水中COD含量仅含26.78mg/L，易于直接处理或二次利用。
实施例3
一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)取2kg吸附饱和后活性炭，投入自制反应槽中，按固液比1:20加入自来水混合均匀；
(2)然后启动超声发生器、打开400W紫外光灯，设置超声频率80KHZ，使超声与光催化同时作用于混合液中；
(3)再生处理6h后将混合液排出，过滤分离并置于干燥箱中烘干12h即得再生活性炭。
另外，作为对照，在同等条件下也分别通过单一超声或光催化对混合液进行了处理。为验证再生效果，取初始浓度为100mg/L苯酚溶液，按1.5％向其中分别加入新活性炭、吸附饱和活性炭与再生活性炭静态吸附2h，另外也检测了再生尾水中的有机物含量(COD表征)，相关数据指标如下表3所示：
表3
从表3中数据可以看出，通过超声与光催化协同作用后活性炭的再生效果显著，虽相对于新活性炭有所降低，但仍保持较高的吸附去除效果，活性炭的再生率可达到98.47％，可循环使用以减少生产成本与消除二次污染。同时，经检测再生处理的尾水中COD含量仅含24.98mg/L，易于直接处理或二次利用。
Claims (5)
1.一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将吸附饱和后的粉末活性炭投入自制反应槽装置中，向其中加入自来水混合均匀，制得混合液；
(2)启动超声、打开紫外灯，使超声与光解同时作用于步骤(1)制得的混合液；
(3)反应结束后将经过步骤(2)再生处理的混合液排出，过滤分离并烘干，即获得再生后粉末活性炭；
所述自制反应槽装置包括再生反应槽、超声反应器、紫外光灯；其中再生反应槽是由铝板组装而成，整体尺寸为50×30×40cm，铝板厚度8mm，内表面涂覆了0.5mm厚的半导体TiO2；在反应槽上方中心位置放置紫外光灯；在顶部盖板两侧对称位置共插入四根超声探棒，反应槽内探棒长度为35cm，有效超声段15cm，感受超声范围5cm，探棒外端接线连接超声启动装置，每根探棒功率3kw，超声频率可调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述吸附饱和后的粉末活性炭质量与自来水的体积比为1:20～40Kg/L；所述混合液总量不超出反应槽总容量的2/3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述超声频率为40～80KHz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述紫外光灯功率为200～400W。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述反应时间为4～6h，烘干时间为10～12h。
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| CN201910274704.0A CN109894104A (zh) | 2019-04-08 | 2019-04-08 | 一种利用超声和光催化协同再生粉末活性炭的方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN109894104A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113680339A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-23 | 北京工业大学 | 一种基于真空紫外线/氯/超声波耦合作用的粉末活性炭液态原位再生方法 |
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2019
- 2019-04-08 CN CN201910274704.0A patent/CN109894104A/zh active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113680339A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-23 | 北京工业大学 | 一种基于真空紫外线/氯/超声波耦合作用的粉末活性炭液态原位再生方法 |
| CN113680339B (zh) * | 2021-08-18 | 2023-11-24 | 北京工业大学 | 一种基于真空紫外线/氯/超声波耦合作用的粉末活性炭液态原位再生方法 |
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