粉狀活性炭的再生效能研究

高銘政，郭鵬飛，鄭傳揚，崔亮亮，姜瑞

（安徽浩悅環(huán)境科技有限責任公司，安徽合肥231145）

活性炭具有高度發(fā)達的空隙結構和極大的比表面積，是一種優(yōu)良的吸附劑，在石化、電力、化工、食品、藥品、冶金等眾多行業(yè)都有廣泛應用。隨著我國經濟的快速發(fā)展，環(huán)境保護標準要求的日趨嚴格，廢活性炭的產生量逐年增加。2019年，廢活性炭產生量約65萬噸，同比2018年增長8%。預估2020年，我國廢活性炭產生量將達到70萬噸。

《國家危險廢物名錄》（2016版）中明確規(guī)定，廢活性炭屬于危險廢物，若得不到有效處置，不僅增加企業(yè)成本，還可能污染環(huán)境。所以，廢活性炭的再生和資源化利用是近年研究的熱點，具有顯著的社會和經濟價值。

目前，顆粒/柱狀活性炭的熱再生技術工藝已相對成熟，粉狀活性炭的熱再生技術，因碳損率較大和其他技術指標等原因，一直無法實現(xiàn)工業(yè)化生產。

本研究利用熱再生法對安徽某化工公司的粉末廢活性炭進行實驗研究，以碘吸附值為再生指標，評估其再生率和炭損率，確定再生工藝條件。

1 實驗部分

1.1 材料與裝置

實驗材料：安徽某化工企業(yè)產生的粉狀廢活性炭，有刺激性異味。碘吸附值390 mg/g，含水率10%，新炭碘吸附值775 mg/g。

實驗裝置：廢活性炭熱再生裝置圖如圖1所示。

圖1 廢活性炭熱再生裝置

1.2 實驗設備（表1）

1.3 實驗步驟

準確稱取50.0 g的廢活性炭樣品，放至氣氛回轉爐中，打開氮氣閥以500 mL/min 的流速通入氮氣，待氣流穩(wěn)定后，打開溫控儀以5℃/min 的升溫速率升溫到實驗溫度，保溫一定時段后停止加熱，冷卻至室溫，停止通氮，取出活性炭，檢測炭再生率和炭損率。

表1 實驗設備

1.4 炭損率與再生率的計算

活性炭熱解再生的過程中，隨著體系溫度升高，表面吸附的有機物熱解，同時熱解爐內的活性炭可能會產生損耗。因此熱解再生過程中活性炭的再生損失率計算方法如下：

炭損率=（廢活性炭重量－再生炭重量）/廢活性炭重量

再生率=再生炭碘吸附值/新炭碘吸附值

2 結果與討論

2.1 溫度對活性炭再生率和炭損率的影響

稱取50.0 g 廢活性炭樣品，放至氣氛回轉爐中，通氮500 mL/min，待氣流穩(wěn)定后，打開溫控儀以5℃/min的升溫速率分別升溫至600℃、700℃、800℃、900℃、950℃、1 000℃，并維持恒溫，通入20 mL 水蒸氣進行活化1 h，停止加熱，冷卻至室溫，停止通氮，取出活性炭，檢測計算炭再生率和炭損率，結果見圖2。

圖2 溫度與活性炭再生率和炭損率的關系

由圖2可知：在一定條件下，加熱溫度越高，活性炭解吸越徹底，吸附性能越強，再生效率越高。但溫度超過900℃時，炭再生率開始下降，炭損率迅速升高，故選擇活性炭再生的加熱溫度為900℃。

2.2 加熱時間對活性炭再生率及炭損率的影響

稱取50.0 g 廢活性炭樣品，放至氣氛回轉爐中，打開氮氣閥以500 mL/min 的流速通入氮氣，待氣流穩(wěn)定后，打開溫控儀以5℃/min 的升溫速率升溫至900℃，通入20 mL 水蒸氣進行活化，維持恒溫時間分別為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min 后，停止加熱，冷卻至室溫，停止通氮，取出活性炭，檢測計算炭再生率和炭損率，結果見圖3。

圖3 加熱時間與活性炭再生率和炭損率的關系

由圖3可知：在一定條件下，隨著加熱時間的遞增，活性炭吸附性能逐漸增強，炭損率變化不大，但當加熱時間超過60 min時，活性炭的吸附性能開始下降，炭損率迅速升高，故選擇活性炭再生效能的加熱時間為60 min。

2.3 水蒸氣通入量對活性炭再生率及炭損率的影響

稱取50.0 g 廢活性炭樣品，放至氣氛回轉爐中，打開氮氣閥以500 mL/min 的流速通入氮氣，待氣流穩(wěn)定后，打開溫控儀以5℃/min 的升溫速率升溫至900℃，維持恒溫60 min，分別通入0 mL、10 mL、20 mL、30 mL、40 mL水蒸氣活化后，停止加熱，冷卻至室溫，并停止輸送氮氣，取出活性炭，檢測計算炭再生率和炭損率，結果見圖4。

圖4 水蒸氣通入量與活性炭再生率和炭損率的關系

由圖4 可知：在一定條件下，隨著水蒸氣通入量的逐漸增加，活性炭的吸附性能迅速增強，且炭損率較為平緩，但當水蒸氣通入量超過20 mL 時，活性炭的吸附性能趨于平緩，炭損率呈上升趨勢，故選擇活性炭再生效能的水蒸氣通入量為20 mL。

3 結束語

針對安徽某化工公司產生的粉狀廢活性炭，綜合再生率與炭失率，確定其適宜再生條件為：加熱溫度900℃，加熱時間60 min，水蒸氣通入20 mL。經再生效能實驗，其再生炭的碘吸附值為915 mg/g，再生率為118%，炭失率低于36%，其效能可等同/優(yōu)于新炭，但距離工業(yè)化實際應用仍存在一定距離。