制三聚氯氰用活性炭催化劑再生處理實驗研究

官香元

（大連東泰產業廢棄物處理有限公司，遼寧大連116001）

用活性炭做催化劑常壓氣相催化聚合制三聚氯氰，是國內外普遍采用的方法[1]，而失活活性炭催化劑的處理和再生利用可以避免其排放對自然界生態環境的危害，變廢為寶，同時還可以有效地降低生產成本。

為了進一步探討失活活性炭催化劑的再生利用的可行性，研究其再生效果，為以后的再生處理提供可行的工藝方案，研究探討了不同的活化工藝條件和過程因素對活性炭再生效果及吸附性能的影響。

1 實驗儀器與方法

1.1 再生活化實驗

活性炭再生方法有很多，主要有再生法、溶劑法、電化學再生法、光催化再生法等[2，3]。

本實驗再生方法為將失活活性炭催化劑樣品置于活化爐中，在氮氣保護下加熱到高溫，然后通入再生活化劑，保持一定的時間后，自然冷卻至室溫，然后測試其吸附性能。

1.2 吸附性能測定

1.2.1 碘吸附值的測定

碘吸附值的測定依照GB/T 12496.8-1999。

1.2.2 亞甲基藍吸附值測定

在120℃下，將活性炭烘干120min，然后在干燥器中冷卻至室溫，準確稱取0.1g（精確到0.0001g）試樣放入稱量瓶，用標準亞甲基藍溶液滴定。

1.2.3 苯吸附值的測定

苯吸附值是通過靜態法測定的，即首先將樣品在120℃下烘干2h，然后準確稱取2 g放入稱量瓶中，將裝有樣品的稱量瓶放入底部盛有液態苯的干燥器中，72h后取出稱量，從而求出單位質量樣品所能吸附苯的質量。

2 失活活性炭再生實驗結果及分析

2.1 活化溫度對活性炭收率及吸附性能的影響

以一定質量失活活性炭為樣品，在水炭比為2∶1，水蒸氣活化時間為30min的條件下，探討了不同活化溫度對失活活性炭再生效果及產品吸附性能的影響，其結果如表1。

表1 活化溫度對活性炭收率及吸附性能的影響

由表1可以看出，活化及活化溫度對失活活性炭再生效果及產品吸附性能的影響是很大的。與未活化活性炭相比，在相同的溫度下，活化使失活活性炭的吸附性能有了明顯的提高，而收率降低的較少。隨著活化溫度的提高，產品活性炭的吸附性有了進一步的提高，而收率則顯著地減少。當活化溫度達到875℃時，產品活性炭對碘、亞甲基藍值、苯等物質的吸附能力已經達到了新活性炭的水平，進一步提高活化溫度，則使再生活性炭產品的吸附性能明顯的超過新活性炭的吸附性能。這表明活化使失活活性炭的孔結構性能得到了完全恢復，并隨著活化溫度的升高，活性炭的孔隙結構更加發達，比表面積進一步增大。但當溫度提高到930℃時，則使產品活性炭的吸附能力如亞甲基藍值有所下降，這說明進一步提高活化溫度，可能一部分已形成的中孔結構出現塌陷，遭到破壞，會降低再生活性炭產品的吸附性能。其原因主要是因為炭與活化劑H2O的反應是吸熱反應，反應溫度的提高加快了該反應的速率，不僅使更多的炭參與反應，造成了產品活性炭收率的明顯降低，同時也使已形成的孔結構因過度活化出現塌陷，遭到破壞。因此，要得到吸附性能良好的再生活性炭產品一定要把活化溫度控制在一個適宜的溫度范圍如 875～900℃。

2.2 活化時間對產品活性炭收率及吸附性能的影響

表2給出了水炭比為2∶1，活化溫度為875℃的條件下，水蒸氣活化時間對再生活性炭產品收率及吸附性能的影響。

表2 活化時間對產品活性炭收率及吸附性能的影響

可以看出，隨著失活活性炭活化時間的延長，再生活性炭產品的收率逐漸降低，吸附能力逐漸提高，特別是亞甲基藍值、苯值均有比較明顯的增加。這表明活化不僅使活性炭表面形成了一些新的微孔結構，同時使一些孔隙結構得到了進一步的擴張產生了一些中孔結構，并隨著活化時間的延長活性炭的孔隙結構的擴張得到進一步的強化，使活性炭的孔隙結構更加發達，比表面積增大。然而，長時間的活化則會使活性炭的孔隙結構擴張過度，造成部分孔隙結構塌陷，不僅會降低活性炭的強度，也會降低活性炭的吸附能力。因此，在失活活性炭活化過程中，也應該有效地控制活化時間，避免造成不必要的損失。適宜的失活活性炭再生活化時間應控制在30～50min之間。

2.3 水炭比對活性炭收率及吸附性能的影響

表3給出了活化溫度為875℃，活化時間為30min的條件下，水蒸氣用量對再生活性炭產品收率及吸附性能的影響。

表3 不同水炭比對產品活性炭收率及吸附性能的影響

可以看出，增加水蒸氣用量對產品活性炭的收率影響較小。但對產品活性炭產品的吸附性能影響較大，其中亞甲基藍吸附值、苯吸附值提高的比較明顯，這與活化時間的影響效果是一樣。這表明提高水蒸氣用量可以促進活性炭孔隙結構進一步的擴張形成一些中孔結構。然而過度的增加水蒸氣用量，將會減小活性炭的吸附能力。因此，在進行失活活性炭再生活化時應控制水蒸氣的用量，適宜的水蒸氣用量為活性炭的2～3倍。

3 結論

由以上的研究結果可以看出，失活活性炭催化劑經水蒸氣高溫活化處理后，其吸附性能均有非常顯著的提高，已經接近或超過新鮮活性炭的吸附性能，這表明失活活性炭催化劑經活化再生處理后其吸附性能完全可以恢復，可重新用于三聚氯氰的合成生產中，實現失活活性炭催化劑的再利用。通過上述的研究結果分析，我們得出的失活活性炭催化劑的最佳活化再生工藝條件與參數為：活化溫度為：875～900℃；活化時間為：30～50min；水蒸氣用量為：活性炭量的2～3倍。