活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　水厂颗粒活性炭的化学再生，再生液的使用评估。

　　饮用水处理厂中大多数使用颗粒活性炭用于去除微量污染物，然而微污染物的吸附饱和会导致活性炭频繁的热再生。在我们这里提出两种解决方法，第一种是直接购买高质量的活性炭，拥有较大的吸附率和吸附率，拥有良好的脱附性能可以增加使用周期和减少热再生的次数。第二种是使用化学再生，活性炭直接浸泡在活化液中进行再生活化，该溶液能够解吸有机污染物，并具有一系列的物理化学性质。本次我们主要介绍活性炭的化学再生，在批处理测试中评估了几种类型的再生溶液解吸活性炭内污染物的能力。溶液为：高纯水，氢氧化钠，乙醇，氢氧化钠和乙醇的混合物。

　　最初，通过在硼硅酸盐玻璃瓶中的100 mL污染物溶液中加入1 g颗粒活性炭，在pH 7.0+0.1的条件下进行污染物吸附(图1)。使用平台振动器以120 rpm搅拌瓶子预定时间，直到吸附过程达到平衡。吸附测试完成后，将100 mL选定的再生溶液添加到装有已耗尽GAC的瓶子中，并搅拌预定时间以使其解吸。

　　图1：活性炭内吸附饱和的目标污染物。

　　使用不同的活化液对水厂颗粒活性炭化学再生的效果

　　反渗透水的再生和温度的影响：水中的解吸效率很大程度上取决于水污染物的溶解度，与其他污染物相比，在所有研究的水温(20、50和80°C)中，发现苯酚的解吸效率最高。先前的研究认为，物理吸附是苯酚在活性炭上的主要吸附机理。但是，苯酚在20°C时的解吸效率较低，这表明即使在室温下苯酚可适度溶于水中，也无法实现高解吸度。

　　氢氧化钠(NaOH)：对于苯酚，很明显，不管NaOH浓度如何，这些溶液的高pH(> 13.0)产生的解吸效率相近，约为50%(42.5–54.5%)。苯酚与NaOH反应生成可溶性酚盐，在解吸过程中很容易除去。带负电荷的碳表面和酚酸根阴离子之间的静电排斥力也促进了这一点。注意到苯酚的解吸效率似乎随NaOH浓度的增加而略有增加，在0.1和1 M之间，但在2 M NaOH时降低。这可以归因于OH-吸附到碳上可能会阻碍解吸过程。另一个合理的解释是，较高的NaOH浓度可能会因“盐析”效应而降低目标污染物的溶解度。

　　乙醇(CH 3 CH 2 OH)：与具有较低疏水性的氯吡咯烷酮和甲醛相比，具有较高疏水的目标污染物( 苯酚，硝基苯和异丙隆)的解吸效率较高。除了疏水性，据推测使用乙醇的解吸效率与目标污染物在乙醇中的溶解度有关。但是，即使氯吡喃醛和甲醛在乙醇中的溶解度大于在水中的溶解度，也不会产生显着的解吸效率，这表明这两种污染物优选保留吸附在活性炭上，而不是在乙醇中的溶剂化物。

　　氢氧化钠和乙醇的混合物(NaOH/CH 3 CH 2 OH)：在先前的研究中，氢氧化钠和甲醇的混合物显示出能够再生苯酚，苯胺，苯甲酸和硝基苯所消耗的碳的能力，并且假定活性炭表面性质的变化是污染物脱附的原因。如前所述，由于存在毒性问题，在实践中潜在地无法使用甲醇。考虑了NaOH/CH 3 CH2 OH的三种不同混合物。可以看出，所有混合物对所有污染物，特别是对于亲水性化合物，其解吸效率值均远大于单独的NaOH或乙醇的解吸度。

　　活性炭进行现场化学再生的可行性，所涉及的吸附和解吸机理结论可以归纳如下：

　　化合物对活性炭的吸附亲和力按以下顺序排列：硝基苯>异丙基异丁酮>苯酚>氯吡格雷>乙醛。比较亲和力相关的水溶性和疏水性。室温下反渗透水无法实现化合物的任何显着解吸(<5%)，而在较高温度下，苯酚(80°C时约24%)和氯吡吡酯(80°C时约14%)表现出更大的解吸作用。这些发现表明，目标污染物和活性炭之间存在更强的相互作用，这可能仅通过物理吸附即可解释。除苯酚外，浓NaOH(<2 M)溶液无法实现其他四种化合物的显着解吸(<5%)。对于苯酚，很宽的NaOH浓度(0.1–2 M)的解吸效率明显为40–50%。这部分归因于苯酚向酚酸根离子的转化以及带负电荷的碳表面的静电排斥。观察到目标污染物的疏水性会影响乙醇作为再生溶液的有效性。乙醇有效地解吸了苯酚(〜60%)，硝基苯(35-45%)和异丙隆(40-70%)，由于它们的疏水性，它们很容易溶于醇。由于乙醇的侵蚀性，NaOH/CH 3 CH 2 OH混合物通常可有效地解吸所有目标污染物。乙醇与碳的表面官能团相互作用，削弱了吸附的污染物与活性炭之间的相互作用，导致它们解吸。

　　水厂颗粒活性炭的化学再生的研究表明，氢氧化钠和乙醇的混合物的混合溶液可通过实现一系列有机污染物的基本脱附而有效地用作化学再生剂。未来的研究将考虑在活性炭柱测试中重复吸附/解吸循环的性能，以及再生溶液对颗粒活性炭性质的可能影响，以便确定化学再生的潜在价值，以此作为延长活性炭床寿命的一种手段。

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