常用吸附劑及其回收再生技術(shù)研究

＊左雨欣 任曉聰

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430014）

吸附劑的再生對節(jié)省環(huán)境治理等方面的投入成本和減少環(huán)境污染有著重要意義。吸附劑在吸附一種或多種有害雜質(zhì)后，自身也就成了有害的物質(zhì)，采取合適的處理后方可重復(fù)利用[1]。具體采用哪種再生方法，主要取決于吸附劑的種類及被吸附雜質(zhì)的特性。

吸附法能有效去除水體或大氣中微量污染物，與其他方法相比較，吸附法在處理過程中具有明顯的優(yōu)勢，但吸附劑的再生是吸附法推廣應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵問題。所謂吸附劑的再生，是指運(yùn)用有效的方法對飽和吸附劑進(jìn)行脫附，在不破壞吸附劑原本結(jié)構(gòu)的前提下，釋放吸附位點(diǎn)，恢復(fù)其吸附能力，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。

1.常用吸附劑

(1)活性炭

活性炭是一種經(jīng)多工序制備得到的具有大量微孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、化學(xué)性能穩(wěn)定的綠色環(huán)保吸附劑[2]。因其良好的吸附性能，所以在廢水處理、環(huán)境治理、空氣凈化等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

目前在工業(yè)生產(chǎn)過程中絕大多數(shù)活性炭經(jīng)一次利用后就被廢棄、掩埋或焚燒，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染與大量的資源浪費(fèi)，這與我國當(dāng)前倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)不適應(yīng)。這使得活性炭在推廣使用中受到嚴(yán)重限制。為緩解現(xiàn)狀，探索廢炭的再生并重復(fù)使用、實(shí)現(xiàn)活性炭壽命的延長意義重大[3]。

(2)硅膠

硅膠是一種具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固態(tài)吸附劑、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)豐富。硅膠主要由二氧化硅（SiO2）組成，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。硅膠具有吸附性能好、可循環(huán)使用、性質(zhì)穩(wěn)定、高效環(huán)保等特點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注并被運(yùn)用于大量的研究中[4]。但硅膠因其結(jié)構(gòu)特性也存在的一定的缺點(diǎn)：如不耐高溫，一旦超過額定溫度會(huì)不可逆性失活；機(jī)械強(qiáng)度不理想，應(yīng)用過程中會(huì)發(fā)生粉化。

(3)沸石

對于沸石，其吸附作用很大程度上取決于其龐大的比表面積，當(dāng)沸石的孔隙率和表面活性發(fā)生變化時(shí)，其吸附能力和離子交換能力也會(huì)明顯提高，此類吸附主要是化學(xué)吸附[5]。沸石晶體中有許多相同大小的孔道結(jié)構(gòu)，比表面積大。沸石是具有骨骼結(jié)構(gòu)的多孔含水鋁酸鹽晶體的一類物質(zhì)。沸石具有特殊的硅（鋁）氧四面體結(jié)構(gòu)，因其有龐大的比表面積，良好的吸附性能。

(4)活性氧化鋁

活性氧化鋁（Al2O3）具有大量孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積[6]，因此具備良好的吸附能力，外形多為白色球形，孔徑一致，外表光滑，具有較高機(jī)械強(qiáng)度，吸附后不脹大、表面不開裂。

2.回收再生技術(shù)

(1)熱再生法

熱再生法的原理是利用高溫條件下，使其中的吸附質(zhì)炭化，經(jīng)一系列處理后，最終轉(zhuǎn)化為氣態(tài)從吸附劑中去除[7]。經(jīng)調(diào)查對比發(fā)現(xiàn)，熱再生法具有吸附劑再生率高，再生時(shí)間短且對環(huán)境污染小等特點(diǎn)。但在運(yùn)用過程中，存在處理后吸附劑表面積減小、吸附劑損失大等劣勢，此外，該技術(shù)對生產(chǎn)所需設(shè)備要求十分嚴(yán)格，實(shí)際運(yùn)用費(fèi)用高，限制了該法在實(shí)際生活生產(chǎn)中的推廣使用。

(2)微生物再生法

微生物再生法是指將經(jīng)過特殊培養(yǎng)方法得到的微生物用于處理吸附在吸附劑表面的雜質(zhì)的再生技術(shù)，雜質(zhì)最終氧化分解為二氧化碳和水[8]。微生物再生法的適用范圍具有一定局限性，脫附效果取決于吸附質(zhì)的性質(zhì)，對易于被微生物降解、易脫附且為可逆吸附的吸附質(zhì)效果較好。該方法雖然操作簡單、不損害吸附劑的結(jié)構(gòu)、對環(huán)境友好；但許多吸附難以被降解、所需微生物要專門培養(yǎng)，同時(shí)再生所需時(shí)間長。

(3)溶劑萃取法

溶劑萃取法是指運(yùn)用化學(xué)試劑與吸附質(zhì)之間存在化學(xué)反應(yīng)使吸附質(zhì)溶解于溶劑相中從而分離出吸附質(zhì)的再生技術(shù)[9]。該技術(shù)對吸附劑結(jié)構(gòu)破壞性小，但一種萃取溶劑只特定性的針對一些吸附質(zhì)，如果吸附質(zhì)組成復(fù)雜，就必須采用多種萃取劑混合脫附。同時(shí)，處理后的吸附劑吸附位點(diǎn)并未得到完全釋放，處理過程中被萃取出來的吸附質(zhì)沒有被去除，只是被轉(zhuǎn)移到了萃取劑中，對后續(xù)處理造成困難。

(4)超聲波再生法

此法利用超聲波作用，對吸附劑施加能量，使吸附劑與吸附質(zhì)之間的結(jié)合力減小，從而發(fā)生脫附再生[10]。超聲波再生法耗能少、操作簡單可行、作用效果統(tǒng)一、便于對有用物質(zhì)的回收。如果吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度低，在超聲波作用下吸附劑的孔隙結(jié)構(gòu)被一定程度的破壞，但在整個(gè)過程中超聲波對吸附劑的影響不大。超聲波再生法時(shí)間短、減小了對環(huán)境的污染和資源浪費(fèi)，具有廣闊的研究前景。

(5)微波再生法

該技術(shù)原理雖與熱再生工作原理相似[11]，但是應(yīng)用上與熱再生處理方法又有一定的區(qū)別。吸附劑吸附的污染物具有較好的吸收微波的能力，利用微波作用產(chǎn)生高溫，吸附在吸附劑表面的吸附質(zhì)被炭化或被燃燒分解。微波再生法具有環(huán)保高效、耗時(shí)短、操作簡便、再生效率好等優(yōu)點(diǎn)，但在運(yùn)用上的研究實(shí)踐較少，該方法將成為吸附劑再生技術(shù)研究熱點(diǎn)。

(6)超臨界流體再生法

超臨界流體是指溫度和壓力均超出臨界狀態(tài)的流體，既非液體也非氣體。超臨界流體對溫度和壓力的變化十分敏感，利用這一特性通過改變溫度或壓力使吸附質(zhì)的溶解能力改變，從而實(shí)現(xiàn)脫附再生[12]。選擇合適的萃取劑對該技術(shù)的應(yīng)用起決定性作用，目前采用二氧化碳作為萃取劑。超臨界流體再生法的優(yōu)點(diǎn)是不改變物質(zhì)原本的性質(zhì)、吸附劑再生效果好、對吸附質(zhì)的結(jié)果基本無損害，但缺點(diǎn)是需要特定的設(shè)備且需耐高溫，該技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，還需大量的研究后方可投入使用。

3.吸附劑再生法存在的問題以及解決方法

(1)存在的問題

目前，環(huán)境治理問題成為制約社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，吸附劑吸附是對環(huán)境治理的有效手段。吸附劑再生技術(shù)雖在試驗(yàn)階段取得了較好的效果，但有些技術(shù)還僅僅停留在理論層面，在實(shí)踐過程中遇到的難題丞待解決，比如：

①根據(jù)吸附劑應(yīng)用的場景不同，吸附質(zhì)也存在差異，當(dāng)前再生技術(shù)不具有通用性，無法同時(shí)處理多種雜質(zhì)，使得吸附再生技術(shù)的發(fā)展受到了一定的制約。

②采用已有的再生技術(shù)對吸附劑進(jìn)行再生處理后吸附容量明顯下降，難以達(dá)到再生運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。

③目前關(guān)于吸附劑再生技術(shù)機(jī)理的研究和技術(shù)的創(chuàng)新較少，使得吸附劑再生在技術(shù)層面難有大突破，難以適應(yīng)日益增大的需求量。

④僅重視對技術(shù)的研究，而忽視了對吸附劑再生處理后的討論，如；吸附劑與再生環(huán)境的分離問題的討論，需要探索高效的分離技術(shù)，使前期再生處理有意義。

(2)解決方法

針對吸附劑再生技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中遇到的難題，必須及時(shí)進(jìn)行反思并采取應(yīng)對措施。打破思維定式，探索創(chuàng)新方法，不斷完善目前已有的技術(shù)，這樣才能有效改善吸附劑再生技術(shù)現(xiàn)況。同時(shí)通過不斷的學(xué)習(xí)，加快吸附劑再生技術(shù)研發(fā)進(jìn)程。

4.展望

各種再生技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)吸附劑種類和吸附質(zhì)的特性選擇適用的再生技術(shù)。隨著吸附劑的應(yīng)用逐漸走向工業(yè)化，吸附劑再生技術(shù)的持續(xù)更新，吸附劑再生技術(shù)必將會(huì)得到大量的工業(yè)應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中污染物逐漸趨于多樣化，由此運(yùn)用再生法處理吸附劑時(shí)可采用多種技術(shù)聯(lián)合使用的手段，以達(dá)到更好的處理效果。近年來，多種新興再生技術(shù)剛剛起步在今后的發(fā)展中加以完善很可能成為日后再生的核心技術(shù)。在日益嚴(yán)苛的環(huán)境治理?xiàng)l例和綠色化工生產(chǎn)的背景下，使新興技術(shù)的研發(fā)朝著節(jié)能環(huán)保、效果佳、安全的理想化狀態(tài)靠攏是大勢所趨更是實(shí)現(xiàn)再生技術(shù)廣泛應(yīng)用的核心所在。