本發(fā)明屬于廢活性炭的再生領(lǐng)域，具體涉及一種低炭損的活性炭的再生方法。
背景技術(shù)：
活性炭再生是指在不破壞活性炭原有結(jié)構(gòu)的前提下，用物理或化學(xué)方法去除吸附于活性炭微孔的吸附質(zhì)，恢復(fù)其吸附性能的過程。目前活性炭再生方法主要有超聲波再生法、電化學(xué)再生法、超臨流體再生法、溶劑再生法、氧化再生法、熱再生法、生物再生法等。通常，現(xiàn)存的活性炭再生方法存在以下不足：①活性炭損失較大；②再生后吸附能力會有明顯下降；③再生時產(chǎn)生的尾氣會造成二次污染；④再生條件苛刻，可實(shí)施性難度較大，成本費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)效益低。
專利CN102989435 A公布了一種活性炭再生的方法，其特征在于主要包括往失活活性炭中添加酸混合均勻，將活性炭置于真空加熱裝置中加熱再生；
專利CN105582904 A公布了一種活性炭的再生方法，其特征在于主要包括由堿性物質(zhì)、有機(jī)溶劑和水組成的再生溶劑與廢活性炭按照一定體積比進(jìn)行混合，然后微波對水洗后的預(yù)處理活性炭進(jìn)行活化；
專利CN105080521 A公布了一種活性炭的再生方法，其特征在于主要通過脫附液(有機(jī)溶劑和水)與活性炭混合打漿得漿料，該漿料經(jīng)后處理得到再生活性炭，脫附液通過銅鹽、銠鹽和鈀鹽的一種或幾種催化劑進(jìn)行催化處理，達(dá)到循環(huán)使用的目的。
目前的活性炭再生技術(shù)主流為高溫再生、溶劑再生，高溫再生則無法避免高能耗問題，溶劑再生極易帶來有機(jī)溶劑二次污染等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既能降低能耗，又能避免有機(jī)溶劑二次污染、降低炭損，對裝置的要求低，可實(shí)現(xiàn)性好，適合工業(yè)化應(yīng)用，處理周期短，通用性強(qiáng)，得到的活性炭的吸附性能好的低炭損的活性炭的再生技術(shù)。
一種低炭損的活性炭的再生方法，包括以下步驟：
1)用去離子水洗滌廢活性炭，并過濾、分離；
2)向過濾、分離得到的活性炭中加入相對其質(zhì)量百分含量為0.1％～5％的鐵或鐵的化合物作為催化劑，然后再按照液固比為10：1～2：1(mL/g)與去離子水混合均勻，在溫度為230～280℃，氣壓為28～64atm的條件下處理1～5h，然后冷卻至50℃以下；
3)用質(zhì)量百分濃度為3-5％的稀鹽酸稀釋至液固比為30～20：1(mL/g)，超聲洗滌，干燥，得到再生活性炭。
步驟1)中，用去離子水洗滌廢活性炭，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物。
本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選的技術(shù)方案：
優(yōu)選的方案中，所述鐵或鐵的化合物選自Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4、FeS、FeS2、Fe2S3、FeSO4或Fe2(SO4)3中的一種或幾種。
優(yōu)選的方案中，所述鐵或鐵的化合物為鐵或Fe2O3。
優(yōu)選的方案中，步驟3)中，超聲洗滌過程中，頻率為20KHz-23KHz。
優(yōu)選的方案中，步驟3)中，超聲洗滌過程中，洗滌次數(shù)為2～4次。
優(yōu)選的方案中，步驟3)中，超聲洗滌過程中，每次洗滌30～40min。
優(yōu)選的方案中，步驟3)中，所述干燥方式為自然晾干。
優(yōu)選的方案中，步驟2)中，于對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中進(jìn)行處理。
優(yōu)選的方案中，步驟1)中，所述洗滌次數(shù)為2～3次。
本發(fā)明中，待處理的廢活性炭的微觀空隙內(nèi)吸附有大量物質(zhì)(例如有機(jī)物)，尤其是吸附有大量復(fù)雜高分子、大顆粒的高分子有機(jī)物的廢活性炭，其孔隙堵塞嚴(yán)重，處理難度遠(yuǎn)大于均相體系，高溫、高壓雖有助于活性炭有機(jī)物的處理，但容易破壞活性炭的結(jié)構(gòu)，碳損耗高；尋求條件溫和、高效的廢活性炭再生方法一直是廢活性炭處理領(lǐng)域的關(guān)鍵。
本發(fā)明人嘗試采用銅鹽、鈀鹽等金屬化合物作為催化劑，對待再生的活性炭進(jìn)行水熱反應(yīng)，但碳損耗較高、且再生后的活性炭的吸附性能低。通過進(jìn)一步的探索發(fā)現(xiàn)，采用鐵或鐵的化合物可有效降低活性炭的損耗以及提升其吸附性能，但仍難于達(dá)到理想效果。通過深入研究，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，通過將反應(yīng)的溫度和壓力控制在特定的范圍可達(dá)到出人意料的再生效果，可適用的廢活性炭的類別廣，尤其是吸附有高分子有機(jī)物或大顆粒有機(jī)物的廢活性炭的再生。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明中，在所述的鐵或鐵的化合物的催化下，并配合所述的壓力及溫度等參數(shù)，可使體系中形成大量過熱水，進(jìn)而達(dá)到在無需額外添加有機(jī)溶劑、溫和的條件下即可實(shí)現(xiàn)廢活性炭的高效再生。
本發(fā)明通過先在相對低的溫度(230～280℃)及鐵或鐵的化合物作為催化劑進(jìn)行預(yù)處理，然后再結(jié)合稀釋及超聲洗滌，兩者的協(xié)同配合，不僅在低能耗、條件溫和的條件下獲得了吸附值高的再生活性炭，且能在很大程度上減少炭損。
本發(fā)明中，在鐵或鐵的化合物的催化下，大分子有機(jī)物迅速分解為小分子有機(jī)物、甚至分解為CO2和水，經(jīng)過超聲震蕩洗滌之后活性炭孔隙疏通，孔隙率增大，恢復(fù)吸附性能，達(dá)到再生目的。所得到的再生活性炭質(zhì)量好、炭損低，活性炭多次循環(huán)再生后仍能保持較佳吸附性能，再生時間短、效率高，極大地降低能量消耗，具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明無需后續(xù)熱再生，只需超聲清洗即可，而且吸附性能恢復(fù)情況更好。
且由于在整個反應(yīng)過程中均未加入有機(jī)溶劑，可有效避免有機(jī)溶劑二次污染。
現(xiàn)有活性炭再生需要投加大量有機(jī)溶劑，處理?xiàng)l件苛刻、再生效果差；本發(fā)明對反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)的要求低，對裝置的要求低，可實(shí)現(xiàn)性好，適合大規(guī)模應(yīng)用。
本發(fā)明的再生方法對吸附有機(jī)物的活性炭都具有普遍適用性，通用性強(qiáng)。特別是對于難處理的飽和吸附高分子有機(jī)物的活性炭，能夠高效再生。
本發(fā)明的炭損低至2％。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
以下實(shí)施例及對比例，處理的活性炭取自國內(nèi)某企業(yè)工業(yè)廢水處理后的廢活性炭，吸附有高分子有機(jī)物和大顆粒有機(jī)物，如含酚類、醇、苯及其衍生物等。所述的廢活性碳對碘和亞甲基藍(lán)已基本無吸附效果。
實(shí)施例1
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，取國內(nèi)某企業(yè)工業(yè)廢水處理后的廢活性炭(主要含有機(jī)物，成分復(fù)雜，如含酚類、醇、苯及其衍生物等)，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比0.5％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為2:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至230℃，氣壓為28atm，保溫保壓1h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的90％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的86％，炭損2％，各方面性能均滿足再生要求。
炭損通過再生前后的質(zhì)量差求得，碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值都是根據(jù)國標(biāo)進(jìn)行測試，分別GB/T 7702.7-2008和GB/T 7702.6-2008。
實(shí)施例2
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比1％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為6:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至250℃，氣壓為40atm，保溫保壓3h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的94％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的87％，炭損2.8％，各方面性能均滿足再生要求。
實(shí)施例3
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比2％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為8:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至260℃，氣壓為47atm，保溫保壓3h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的97％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的89％，炭損3.1％，各方面性能均滿足再生要求。
實(shí)施例4
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比5％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為10:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至280℃，氣壓為64atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的108％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的107％，炭損3.8％，各方面性能均滿足再生要求。
實(shí)施例5
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比3％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為10:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至280℃，氣壓為64atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的115％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的106％，炭損4.3％，各方面性能均滿足再生要求。
實(shí)施例6
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比2％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為8:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至280℃，氣壓為64atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的113％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的103％，炭損3.8％，各方面性能均滿足再生要求。
對比例1
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比2％配入NaCl做為催化劑，按照液固比為8:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至280℃，氣壓為64atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的73％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的65％，吸附性能未能達(dá)到再生要求。
對比例2
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比2％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為8:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至280℃，氣壓為64atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的85％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的73％，吸附性能未達(dá)到再生要求。
對比例3
活性炭的再生方法包括以下步驟：
首先，用去離子水洗滌廢活性炭2～3次，去除其中的酸性物質(zhì)及部分可溶性無機(jī)物，防止其與催化劑發(fā)生副反應(yīng)而影響催化效果，并過濾、分離；
其次，將過濾分離得到的活性炭，以質(zhì)量比0.05％配入Fe2O3做為催化劑，按照液固比為8:1的比例與去離子水混合均勻，加入到對位聚苯水熱合成反應(yīng)釜中，加熱至200℃，氣壓為15atm，保溫保壓5h，進(jìn)行有機(jī)物分解、溶出反應(yīng)，冷卻至50℃以下時取出物料；
最后，用5％的稀鹽酸將料漿稀釋至液固比為30～20：1，置于超聲震蕩清洗器中用頻率為20KHz-23KHz進(jìn)行洗滌30～40min，重復(fù)2～4次，充分洗去催化劑雜質(zhì)及活性炭孔隙中殘余物，自然晾干即可得到再生活性炭。
通過上述步驟得到的再生活性炭進(jìn)行吸附性能、炭損進(jìn)行測試對比新活性炭，得出碘吸附值恢復(fù)到新炭的72％，亞甲基藍(lán)吸附值恢復(fù)到新炭的63％，吸附性能未達(dá)到再生要求。