活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭载异丙醇的超声再生

　　电子工业在近代发展中是比较重要的，但是会产生含有各种有机溶剂的废水。这包括异丙醇，它是通过活性炭吸附法从排放到环境中之前回收。活性炭由于其微孔特性，高表面积和表面化学性质，通常被用作低浓度有机污染物如异丙醇的吸附剂。随着活性炭吸附越来越多的被吸附物，就会达到饱和点。这个时候就需要解吸吸附来进行活性炭的再生，不然只能将饱和的活性炭掩埋或焚烧处理。这项研究的目的是测试活性炭负载异丙醇超声再生的可行性和有效性，进行了4个循环的吸附-解吸测试，以测试多个循环的再生效率。

　　活性炭对异丙醇的吸附

　　异丙醇在水溶液中的吸附是在装有双圆柱形夹套，等温控制器和热电偶的500mL玻璃烧杯中进行的，以将溶液温度保持在25±1°C。将反应器放置在磁力搅拌板上以提供300rpm的混合。使用HCl和NaOH溶液将溶液pH调节至3.0、5.0、7.0和9.0的最终pH。其他参数是初始异丙醇浓度为1000mg/L，溶液500mL，活性炭5g和操作时间180分钟。通过在确定的时间间隔内取1.0mL等分试样来监控所有实验溶液中异丙醇的浓度，然后对其进行分析。

　　异丙醇饱和活性炭的超声波再生

　　在水溶液中使用批处理系统对异丙醇饱和的活性炭进行超声波再生如图1所示。反应器本身类似于吸附实验中使用的反应器。将超声探头浸入装有500mL蒸馏水和10.0g异丙醇饱和活性炭的反应器中。在异丙醇饱和活性炭的超声再生过程中，定期取样1.0mL样品进行异丙醇浓度分析。完成超声波再生实验后，通过过滤从溶液中分离出活性炭，并在空气中干燥以进一步应用。研究了超声强度，水温，乙醇添加和再生周期对超声再生的影响。分析活性炭的粒径以测量超声再生期间活性炭的断裂。进行多次吸附和再生循环以检查活性炭的再生效率。在多周期测试中，与在初始运行中吸附的异丙醇相比，使用了在连续吸附中吸附的异丙醇的量。分析活性炭的粒径以测量超声再生期间活性炭的断裂。进行多次吸附和再生循环以检查活性炭的再生效率。在优化过程中，再生是通过解吸的异丙醇分数来量化的。

　　图1：饱和活性炭超声再生的实验装置。

　　活性炭的性质

　　通过酸洗的活性炭和活性炭在显示图2中，SEM成像还透露，酸洗除去的杂质，从而产生的孔结构具有一个看似光滑的表面。与原始活性炭相比，酸洗活性炭的比表面积和总孔体积略大。这可能是在酸洗过程中去除了其他化学物质(例如氧气)的影响。然而，酸洗似乎对活性炭的孔径几乎没有影响。原始活性炭和新鲜活性炭的平均孔径表明，绝大多数孔都属于微孔范围。

　　图2：活性炭，酸洗活性炭和再生的活性炭在1000x放大倍数下的SEM图像。

　　发现在测试中，确定合适操作条件是24.5W/cm2的超声强度，45°C的溶液温度和10%(v/v)的乙醇浓度，再生效率为82.9%。在四个吸附和解吸循环中再生效率从第一次循环后的83%逐渐降低到第二次，第三次和第四次循环后的81%，71%和64%。相比之下，通过分解技术，一次再生后可实现更高的再生率，从96%提高到3个再生周期后达到约94%。虽然这是活性炭的高度再生，但异丙醇遭到破坏，无法再利用。这种减少可以归因于不同的原因，例如由于在再生过程中未完全除去吸附物而逐渐阻塞了多孔结构。在本研究中重复使用后，观察到减小了粒径，增加了再生活性炭的重量损失，这也可能导致吸附效率下降。使用扫描电子显微镜(SEM)来识别超声对活性炭表面形态的影响。

　　活性炭载异丙醇的超声再生，异丙醇吸附测试的最佳pH为7.0。这非常接近活性炭的零电荷点(6.7)，这表明异丙醇分子上的羟基与活性炭表面上的氧基之间的氢键是吸附机理的关键部分。较高的超声强度导致更多的异丙醇脱附，但也导致活性炭的更大磨损，合适强度为24.5W/cm2。当温度升高到45°C时，再生效率会提高，但为了保护超声探头，再生效率并未超过。乙醇提高了异丙醇饱和活性炭的再生效率，但是较高的乙醇浓度降低了异丙醇的解吸。在这些循环之间观察到再生活性炭的表面形态相似，但是表面积和总孔体积降低。在合适的条件下活性炭的再生效率为83%，经过两个，三个和四个再生循环后，该再生效率分别降至81%，71%和64%。证明了活性炭载异丙醇的超声波再生是可行的，再生效率与目前的技术差不多，但是成本上有一定的优势。

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