活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭的电化学再生，本期介绍维护成本低的电化学方法用于吸附过染料的活性炭再生。活性炭长期以来被广泛用于水处理中以吸附各种污染物(例如，有机污染物和重金属 )。但是，该过程的经济竞争力取决于耗尽活性炭的可重用性。在各种再生技术中，热再生是使用最多的并且已经应用​​于工业规模的再生废活性炭。然而，该过程需要高温并且由于氧化和磨损而损失5-15%的碳损失。因此，寻找可替代的方法还是有必要的，例如湿式氧化，微波，介质阻挡放电法和电化学方法已被提出用于再生废活性炭。其中，基于电化学的方法由于独特的特性，例如低温操作，不添加化学品和沉积在活性炭上的有机物的原位裂解而不损害碳的结构特征，因此构成了一种很有前景的选择。

　　我们使用新型电化学方法重新构建饱和活性炭再生的电化学过程，该方法通过同时过氧化氢电生成和在中性pH下活化来支持饱和活性炭的再生。混合金属氧化物阳极用于原位供应O 2，填充有饱和活性炭的不锈钢网袋用作阴极，其具有两个功能：通过溶解的O2的过氧化氢电生成还原反应(ORR)和通过过氧化氢活化产生OH。这种活性炭再生的优点包括：(1)过氧化氢通过阳极O 2发电，避免外部添加过氧化氢;(2)过氧化氢在活性炭上催化分解成OH，不使用Fe 2+;(3)活性炭是阴极的一部分，用于保护和保护碳表面。

　　活性炭吸附活性蓝19制备样品

　　活性蓝19(RB19)是一种典型的蒽醌染料，可以通过紫外-可见分光光度计轻松测量。它在这项工作中用作模型有机污染物，它在活性炭上的吸附是在间歇反应器中进行的。将1.5g活性炭(原始的或再生的)加入到装有RB19溶液的间歇式反应器中，反应器以恒定速度搅拌6小时。吸附平衡试验表明，原始活性炭在约300分钟时饱和。达到吸附平衡后，将活性炭与溶液分离。在分析残留的RB19浓度之前，通过过滤器过滤溶液来进行研究。

　　再生时间的影响

　　装载RB19的活性炭在不同时间(例如，0.5小时，1.5小时和12小时)再生。还进行了连续吸附-再生循环。如在介绍图1的B-d，再生效率(RE)高达84.1%，83.4%，和88.7%的下分别为0.5小时，1.5小时，和12个小时，再生时间来实现，这表明(该方法的有效性图1a显示了方法的示意图)。然而，在5次吸附-再生循环后，0.5小时的再生时间导致<50%RE，而1.5小时的再生时间略高于50%RE。最重要的是，12小时的再生时间显着改善了循环性能。回覆即使在10个循环后仍可达到52.3%(图1d)。这些结果与上电化学方法等的研究，其表明相一致，即较长的再生时间导致较高的RE。表明该方法可以回收一些活性炭的孔隙体积。

　　图1。再生时间对RE和总有机碳(TOC)去除的影响。(a)设置示意图。(b)-(d)当再生时间分别为0.5小时(b)，1.5小时(c)和12小时(d)时，RE的变化。(e)再生12小时后的电解质TOC，并计算吸附在活性炭上的RB19的TOC。(f)12小时后电解质的电导率超过10次再生。

　　存在的差异与先前报告的电化学再生方法相比，是有机污染物的裂化在选自H原位形成羟基自由基是由于过氧化氢，其中产生和由活化的吸附剂(例如，活性炭)本身。因此，污染物矿化过程的有效性是另一个重要问题。基于重复施加该过程的10个循环，可以去除56.3%-71.2%的TOC(图1e)。我们测量了每个再生循环后电解质电导率的增加(图1f)，表明由于形成小的有机酸副产物，电解质中离子含量可能增加。

　　活性炭电化学再生机理

　　基于该结果，提出了活性炭电化学再生的机制(图2)。O 2在混合金属氧化物阳极上产生并输送到阴极附近。阴极，使用由RB19加载活性炭由不锈钢网紧紧包裹的，电还原Ò 2至过氧化氢二者上活性炭表面和多孔结构内。由于活性炭的催化能力，过氧化氢的孔隙内和表面活性炭被激活，以形成高氧化性OH，负责RB19及其降解中间体的裂解，导致活性炭再生和TOC去除。由于阴极附近的pH增加，孔内的RB19也可能从活性炭内解吸。

　　该方法的关键特征之一是没有氧化剂或催化剂外部添加到系统中。过氧化氢电生成和OH生成都发生在负极化的活性炭上。因此，RB19分子，过氧化氢分子和OH自由基处于相同位置(活性炭的孔隙和表面)，这有利于短寿命OH的RB19裂解。扩大此流程的关键是活性炭与当前不锈钢网保持良好可靠的联系。这种方法可以将吸附于活性炭内的分子去除，再生活性炭的吸附能力，是一种比较好的活性炭再生方法。

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