活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　水廠顆粒活性炭的化學再生，再生液的使用評估。

　　飲用水處理廠中大多數使用顆�；钚蕴坑糜谌コ�微量污染物，然而微污染物的吸附飽和會導致活性炭頻繁的熱再生。在我們這里提出兩種解決方法，第一種是直接購買高質量的活性炭，擁有較大的吸附率和吸附率，擁有良好的脫附性能可以增加使用周期和減少熱再生的次數。第二種是使用化學再生，活性炭直接浸泡在活化液中進行再生活化，該溶液能夠解吸有機污染物，并具有一系列的物理化學性質。本次我們主要介紹活性炭的化學再生，在批處理測試中評估了幾種類型的再生溶液解吸活性炭內污染物的能力。溶液為：高純水，氫氧化鈉，乙醇，氫氧化鈉和乙醇的混合物。

　　最初，通過在硼硅酸鹽玻璃瓶中的100 mL污染物溶液中加入1 g顆�；钚蕴�，在pH 7.0+0.1的條件下進行污染物吸附(圖1)。使用平臺振動器以120 rpm攪拌瓶子預定時間，直到吸附過程達到平衡。吸附測試完成后，將100 mL選定的再生溶液添加到裝有已耗盡GAC的瓶子中，并攪拌預定時間以使其解吸。

　　圖1：活性炭內吸附飽和的目標污染物。

　　使用不同的活化液對水廠顆�；钚蕴�化學再生的效果

　　反滲透水的再生和溫度的影響：水中的解吸效率很大程度上取決于水污染物的溶解度，與其他污染物相比，在所有研究的水溫(20、50和80°C)中，發現苯酚的解吸效率最高。先前的研究認為，物理吸附是苯酚在活性炭上的主要吸附機理。但是，苯酚在20°C時的解吸效率較低，這表明即使在室溫下苯酚可適度溶于水中，也無法實現高解吸度。

　　氫氧化鈉(NaOH)：對于苯酚，很明顯，不管NaOH濃度如何，這些溶液的高pH(> 13.0)產生的解吸效率相近，約為50%(42.5–54.5%)。苯酚與NaOH反應生成可溶性酚鹽，在解吸過程中很容易除去。帶負電荷的碳表面和酚酸根陰離子之間的靜電排斥力也促進了這一點。注意到苯酚的解吸效率似乎隨NaOH濃度的增加而略有增加，在0.1和1 M之間，但在2 M NaOH時降低。這可以歸因于OH-吸附到碳上可能會阻礙解吸過程。另一個合理的解釋是，較高的NaOH濃度可能會因“鹽析”效應而降低目標污染物的溶解度。

　　乙醇(CH 3 CH 2 OH)：與具有較低疏水性的氯吡咯烷酮和甲醛相比，具有較高疏水的目標污染物( 苯酚，硝基苯和異丙隆)的解吸效率較高。除了疏水性，據推測使用乙醇的解吸效率與目標污染物在乙醇中的溶解度有關。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，也不會產生顯著的解吸效率，這表明這兩種污染物優選保留吸附在活性炭上，而不是在乙醇中的溶劑化物。

　　氫氧化鈉和乙醇的混合物(NaOH/CH 3 CH 2 OH)：在先前的研究中，氫氧化鈉和甲醇的混合物顯示出能夠再生苯酚，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質的變化是污染物脫附的原因。如前所述，由于存在毒性問題，在實踐中潛在地無法使用甲醇。考慮了NaOH/CH 3 CH2 OH的三種不同混合物�？梢钥闯�，所有混合物對所有污染物，特別是對于親水性化合物，其解吸效率值均遠大于單獨的NaOH或乙醇的解吸度。

　　活性炭進行現場化學再生的可行性，所涉及的吸附和解吸機理結論可以歸納如下：

　　化合物對活性炭的吸附親和力按以下順序排列：硝基苯>異丙基異丁酮>苯酚>氯吡格雷>乙醛。比較親和力相關的水溶性和疏水性。室溫下反滲透水無法實現化合物的任何顯著解吸(<5%)，而在較高溫度下，苯酚(80°C時約24%)和氯吡吡酯(80°C時約14%)表現出更大的解吸作用。這些發現表明，目標污染物和活性炭之間存在更強的相互作用，這可能僅通過物理吸附即可解釋。除苯酚外，濃NaOH(<2 M)溶液無法實現其他四種化合物的顯著解吸(<5%)。對于苯酚，很寬的NaOH濃度(0.1–2 M)的解吸效率明顯為40–50%。這部分歸因于苯酚向酚酸根離子的轉化以及帶負電荷的碳表面的靜電排斥。觀察到目標污染物的疏水性會影響乙醇作為再生溶液的有效性。乙醇有效地解吸了苯酚(〜60%)，硝基苯(35-45%)和異丙隆(40-70%)，由于它們的疏水性，它們很容易溶于醇。由于乙醇的侵蝕性，NaOH/CH 3 CH 2 OH混合物通常可有效地解吸所有目標污染物。乙醇與碳的表面官能團相互作用，削弱了吸附的污染物與活性炭之間的相互作用，導致它們解吸。

　　水廠顆�；钚蕴�的化學再生的研究表明，氫氧化鈉和乙醇的混合物的混合溶液可通過實現一系列有機污染物的基本脫附而有效地用作化學再生劑。未來的研究將考慮在活性炭柱測試中重復吸附/解吸循環的性能，以及再生溶液對顆�；钚蕴啃再|的可能影響，以便確定化學再生的潛在價值，以此作為延長活性炭床壽命的一種手段。

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