活性炭再生技術的研究進展

石 超 徐 婷 李 雪

（1.海洋環境與生態教育部重點實驗室，山東 青島 266100；2.中國海洋大學環境科學與工程學院，山東 青島 266100）

0 引言

環境保護問題已經越來越成為全球關注的熱點，現今社會快速發展的科學技術、工業產品和實踐產生的廢物如果處置不當的話會危害公眾的健康和環境。而活性炭被研究證明能夠作為有效的吸附劑來去除水相和氣相環境中的各種有機和無機污染物質[1]。活性炭具有很大的比表面積，可控的孔徑結構，熱穩定性和較低的酸堿反應性[2]。目前活性炭得到越來越多的關注，因為活性炭具有優越的和有效地能力在空氣污染控制、溶劑回收、食品設備、化學和藥物行業、污水處理[3]（染料，重金屬，清潔劑，除草劑殺蟲劑等）。

盡管活性炭在吸附過程中得到很廣泛的應用，但是活性炭應用的最大的障礙是吸附劑的高成本和活性炭的再生比較難。然而封裝和填埋的有害污染物質已經逐漸變得越來越不能接受，由于日益增長的環境關注和嚴格的環境保護法規。這促使了活性炭的再生的方法發展，來滿足活性炭的再生吸附過程和它的經濟可行性。

1 活性炭再生技術

1.1 熱再生活性炭

熱再生活性炭包括對吸附質的惰性加熱，通過一部分吸附質分子從炭基體中解吸，通常是利用吸附分子的弱分散作用，主要的機制是高溫分解吸附在活性炭上的吸附質，通過空氣，二氧化碳和水蒸氣高溫揮發分離出來[4]。

然而在熱再生活性炭的過程需要很長的反應時間，高能量的消耗，需要較大的反應設備和產生不當的升溫速率，從而產生了一個不利于活性炭質量的再生(一定的吸附損失5%～15%)。熱再生活性炭的缺點：典型的熱再生活性炭過程所需要的溫度在800℃～1000℃（通常用二氧化碳和蒸氣）能量消耗很高。

1.2 微波再生活性炭

微波是一種電磁波，微波波長范圍沒有明確的界限，一般是指分米波，厘米波和毫米波三個波段。也就是從1mm～1m 左右的電磁波。由于微波的頻率很高，所以又叫超高頻電磁波。在微波波段，電磁場的波段高達108 數量級輻射效應明顯，微波有物理、化學、生物效應，可用于各種目的，但是應用廣泛的是微波加熱。

微波再生活性炭的機制，活性炭既是作為一種吸附劑也是一種微波能量吸收材料。也就是在“熱點”上將吸附的物質進行高溫分解，達到降解吸附物質和再生活性炭的作用，還有的機制就是全燮提到的在利用微波能量處理水溶液中難去除的持久性有機物中時，活性炭作為催化劑可以產生羥基自由基來降解在吸附在活性炭上的吸附質，來達到很好的活性炭再生[5]。

微波再生活性炭比熱再生活性炭提供了更加精確地炭床溫度控制，短暫的再生時間和能量的節約，并且能夠使活性炭再生的吸附能量增強。目前微波再生活性炭主要應用在吸附染料廢水、苯類物質和揮發性有機物的活性炭。但是這些研究都是基于在實驗室的操作下，因此需要加大微波的應用方面，生產一定規模的微波裝置，而且需要微波與一些學科的聯合運用。

1.3 微波過硫酸鹽再生活性炭聯合運用

活性炭是很好的微波能量吸收物質，并且能夠將微波能量轉化成熱能[6]。聯合微波活性炭來處理酚類污染物質取得了很好的降解解吸效果，但是聯合來連續降解有機污染物的文獻很少，過硫酸鹽能夠通過熱激活和活性炭激活產生具有很強氧化能力的硫酸根自由基，能夠有效的降解污染物。然而在添加過硫酸鹽通過微波解吸活性炭的研究非常少，Chang[7]利用微波過硫酸鹽再生活性炭發現在微波60s 后，80%的過硫酸鹽得到分解，降解磺胺酸達到100%，能夠再生活性炭的吸附能力比原始活性炭好。

因此通過微波和過硫酸鹽的加入來解吸活性炭是一個比較新穎的方向和值得深入研究的課題。這對于活性炭的再生和污染物質的連續處理具有重要的意義。

［1］P.Chingombe,B.Saha,R.J.Wakeman.Surface modification and characterisation of a coal-based activated carbon[J].Carbon.2005,43:3132-3243.

［2］Wei Lia,Li-bo Zhanga,Jin-hui Penga,Ning Lia,Xue-yun Zhua.Preparation of high surface area activated carbons from tobacco stems with K2CO3 activation using microwave radiation[J].Industrial Crops and Products.2008,27:341-347.

［3］Crini G.Bioresource Technol 2006,97,1061.

［4］Román S,Ledesma B,álvarez-Murillo A,et al.Comparative study on the thermal reactivation of spent adsorbents [J].Fuel Processing Technology,2013,116:358-365.

［5］Quan X,Zhang Y,Chen S,et al.Generation of hydroxyl radical in aqueous solution by microwave energy using activated carbon as catalyst and its potential in removal of persistent organic substances [J].Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2007,263(1):216-222.

［6］Liu,X.T.,Quan,X.,Bo,L.L.,Chen,S.,Zhao,Y.Z.,2004.Simultaneous pentachlorophenol decomposition and granular activated carbon regeneration assisted by microwave irradiation[J].Carbon,2004,42:415-422.

［7］Wei M C,Wang K S,Lin I,et al.Rapid regeneration of sulfanilic acid-sorbed activated carbon by microwave with persulfate [J].Chemical Engineering Journal,2012,193:366-371.