一种废旧活性炭再生工艺
阅读说明：本技术 一种废旧活性炭再生工艺 (Waste activated carbon regeneration process ) 是由 董杰 陈安江 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种废旧活性炭再生工艺,涉及环保化工领域,该工艺采用药剂洗脱方法再生废旧活性炭,在再生液浸泡过程中,一方面添加超声波发声装置,利用超声波间接震荡增强再生液进入活性炭内部孔隙中。另一方面利用氮气冷却-间接抽真空法所产生的压差将再生液充分扩充且反复侵入至活性炭较深的内部空隙中,能够大幅改善药剂洗脱不彻底现象。此外在洗脱结束烘干后,再次使用蒸馏水辅以超声波震荡浸泡活性炭,冷冻使液态水变为体积较大的固态冰扩增活性炭内部孔隙,通过真空冷冻干燥,使活性炭在最大限度地保持活性炭多孔蓬松结构的情况下去除水分。采用本发明工艺再生的活性炭,保留了药剂洗脱炭损率低的优点,同时大幅改善废旧活性炭内部浸泡洗脱不彻底现象,增大了废旧活性炭的内部空隙,提高废旧活性炭的再生效果。(The invention discloses a waste activated carbon regeneration process, which relates to the field of environmental protection chemical industry. On the other hand, the pressure difference generated by the nitrogen cooling-indirect vacuum pumping method is utilized to fully expand the regeneration liquid and repeatedly invade the deeper inner gap of the active carbon, so that the phenomenon of incomplete medicament elution can be greatly improved. And after the elution is finished and the drying is finished, soaking the activated carbon by using distilled water and ultrasonic oscillation again, freezing to change liquid water into solid ice with larger volume to expand the internal pores of the activated carbon, and removing water from the activated carbon under the condition of keeping the porous fluffy structure of the activated carbon to the maximum extent by vacuum freeze drying. The activated carbon regenerated by the process disclosed by the invention retains the advantage of low loss rate of the medicament elution carbon, greatly improves the phenomenon that the inside of the waste activated carbon is not thoroughly soaked and eluted, enlarges the internal gaps of the waste activated carbon, and improves the regeneration effect of the waste activated carbon.)
技术领域
本发明涉及环保化工领域，特别涉及一种废旧活性炭再生工艺。
背景技术
活性炭作为一种优质的吸附材料，其丰富的孔隙结构及其巨大的比表面积都决定了其具有良好的吸附性能，加之其强度好、不易被酸、碱等物质腐蚀的特性被广泛的应用于各行各业。例如在食品的脱色，污水的环保治理，防毒面具以及日常民用的活性炭口罩、家庭净水器等都需要大量的活性炭作为主要吸附剂。但随着活性炭的使用量不断增加，活性炭再生问题随之而来，活性炭单位价格较高且资源有限，如果使用一次后不进行回收再利用将造成巨大的成本和资源浪费，同时还会带来二次污染问题。因此，近年来废旧活性炭的再生方法和工艺优化也称为各行各业极力解决的一个问题。
目前吸附饱和的活性炭的再生方法，主要有以下几种：热再生法，指通过高温加热或者使用高温水蒸气使活性炭中吸附的物质进行脱附，是目前活性炭再生领域应用最广泛的一种方法；化学药剂洗脱法，利用无机酸(硫酸、盐酸)、碱(氢氧化钠)或者有机药剂(苯、丙酮及甲醇等)萃取吸附在活性炭上的吸附质。此外还有生物再生法，湿式氧化再生法，微波辐射再生法、电化学法以及超临界流体再生法等。然而这些方法都存在着诸多问题，热再生法再生效率高但设备复杂成本高且容易造成炭损耗，药剂洗脱法炭损耗较小，但再生不彻底，微孔内不易洗脱，易堵塞影响其吸附性能的恢复率；微波辐射目前仍没有较为专业的微波再生加热装置，超临界流体与电化学再生法目前也没有适于工业大批量处理的成熟体系。废旧活性炭再生工艺炭损率的降低，吸附质的再利用，以及微孔堵塞、尾气的二次污染等问题仍需进一步解决。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种炭损失率较小、再生彻底，吸附恢复率好的废旧活性炭再生工艺。
本发明所采用的技术方案是：一种废旧活性炭再生工艺，包括以下步骤：
A.预处理：将废旧活性炭用蒸馏水溶液清洗后冷冻，使废旧活性炭中液相水变为固态水，后置于真空冷冻干燥机中干燥去水；
B.再生液浸泡洗脱：将步骤A中冷冻干燥去除水分的废旧活性炭置于反应釜中，通入再生液浸泡，浸泡温度设置为20-40℃，浸泡洗脱时长为6-12h；同时所述的反应釜中设置有若干超声波发生装置，所述的超声波发生器为间隔开启，每次间隔时间为40-60min，每次声波作用持续时间为30-45min；在洗脱过程中，反应釜自上而下通入氮气并对反应釜抽真空，采用氮气冷却-抽真空方法扩大再生液通过孔径的速度与含量；所述的氮气冷却-抽真空为间歇式开启与超声波震动为交替开启。每次间隔时间为30-45min，持续抽真空时间为40-60min；
C.再生液回收与更换：每浸泡3-4h更换再生液，废旧再生液按照溶剂沸点输入蒸馏装置，冷却回收后的再生液重新通入反应釜中，再生液更换次数为2-4次；
D.冲洗：将步骤C浸泡洗脱后的废旧活性炭使用95％浓度的乙醇溶液冲洗，后使用蒸馏水冲洗至中性状态；
E.烘干：将步骤C中冲洗至中性的活性炭置于回转炉中烘干，烘干温度为100-200℃；升温速度设置为5-10℃/min，烘干时长为6-10h；
F.步骤E烘干后的样品，重新置于反应釜中，通入蒸馏水浸泡 1-2h，同时超声波装置进行持续震荡，使蒸馏水充分进入活性炭通道中；迅速通入氮气冷冻，完全结冰后置于-40至-50℃的真空冷冻干燥机中干燥脱水得到成品，冷冻干燥时间设置为10-16h；
G.尾气处理：步骤E所述的尾气处理达标后排放。
进一步的，所述的再生液与的废旧活性炭比例为1.5:1，所述的再生液温度为25℃，浸泡洗脱时间为9h。
进一步的，所述的超声波发生装置为两个不同频率的超声波发生器，每个超声波发生器至少设有两组振子。
优选的，所述的超声波发生器为45KHz&80KHz双频组合。
进一步的，所述的超声波发生器开启的间隔时间为60min，每次声波作用持续时间为40min。
进一步的，所述的氮气冷却-抽真空法开启的间隔时间为40min，每次抽真空持续时间为60min。
进一步的，所述的步骤A与步骤F冷冻干燥机温度均设置为 -50℃，干燥时间为12h。
进一步的，所述的有机溶剂再生液种类为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.一方面利用超声波间接震荡可增强再生液进入活性炭内部空隙中。另一方面可利用氮气冷却-间接抽真空法所产生的压差将再生液充分扩充且反复侵入至活性炭较深的内部空隙中，能够大幅改善药剂洗脱不彻底现象，提高废旧活性炭再生效果。
2.在洗脱结束烘干后，再次利用蒸馏水浸泡，并辅以超声波震荡，使蒸馏水充分进入活性炭内部空隙中，冷冻使液态水变为体积增大的固态冰扩增活性炭内部空隙，利用真空冷冻干燥机，在最大限度地保持活性炭多孔蓬松结构的情况下去除水分。采用本发明工艺再生的活性炭，保留了药剂洗脱炭损率低的优点，同时大幅改善废旧活性炭内部浸泡洗脱不彻底现象，增大了废旧活性炭的内部空隙，提高废旧活性炭的再生效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.称取10g水处理后吸附酚的饱和废旧活性炭使用蒸馏水清洗3 遍，置于冷冻箱中充分冷冻3h，取出后迅速置于预冷后(降至-50℃以下)的真空冷冻干燥机中，干燥10h。
2.充分去除水分后的干燥废旧活性炭取出后置于充入NaOH再生液的反应釜中，浸泡温度为30℃，总浸泡时长为9h，每3小时更换一次再生液，所更换的再生液通入蒸馏装置中，待冷却后再利用。同时交替开启超声装置与氮气-抽真空装置，超声波设置为双频组合，频率设置为45KHz&80KHz，震动持续时间设置为40min，氮气冷却- 抽真空作用时间为60min。
3.洗脱后的活性炭使用95％乙醇溶液冲洗2遍，在使用蒸馏水冲洗至中性，使用PH试纸测定冲洗状态是否接近中性，测定值在6-7 之间即可。
4.将冲洗至中性的活性炭置于回转炉中烘干，烘干温度设置为 160℃，升温速度设置为6℃/min，烘干时间为12h。烘干过程中产生的废气经吸附塔、急冷中和塔、干燥塔、布袋除尘器、喷淋塔处理后达标排放。
5.将洗脱干燥后的活性炭再次置于反应釜中，通入蒸馏水充分浸泡2h，同时并利用超声波装置继续震荡，使蒸馏水充分进入经氢氧化钠洗脱酚后的活性炭孔隙通道中。
6.浸泡完成后，向反应釜中迅速通入氮气冷冻，去除余冰，将完全冷冻后的活性炭置于-50℃的真空冷冻干燥机中冷冻干燥14h。
7.测定活性炭炭损率<2％，再生效果达到96.02％。比表面积恢复98.18％。
实施例2
1.称取10g水处理后吸附酚的饱和废旧活性炭使用蒸馏水清洗 3遍，置于冷冻箱中充分冷冻3h，取出后迅速置于预冷后(降至-50℃以下)的真空冷冻干燥机中，干燥10h。
2.充分去除水分后的干燥废旧活性炭取出后置于充入NaOH再生液的反应釜中，浸泡温度为30℃，总浸泡时长为12h，每4小时更换一次再生液，所更换的再生液通入蒸馏装置中，待冷却后再利用。同时交替开启超声装置与氮气-抽真空装置，超声波设置为双频组合，频率设置为45KHz&80KHz，震动持续时间设置为30min，氮气冷却- 抽真空作用时间为40min。
3.洗脱后的活性炭使用95％乙醇溶液冲洗2遍，在使用蒸馏水冲洗至中性，使用PH试纸测定冲洗状态是否接近中性，测定值在6-7 之间即可。
4.将冲洗至中性的活性炭置于回转炉中烘干，烘干温度设置为 160℃，升温速度设置为6℃/min，烘干时间为12h。烘干过程中产生的废气经吸附塔、急冷中和塔、干燥塔、布袋除尘器、喷淋塔处理后达标排放。
5.将洗脱干燥后的活性炭再次置于反应釜中，通入蒸馏水充分浸泡2h，同时并利用超声波装置继续震荡，使蒸馏水充分进入经氢氧化钠洗脱酚后的活性炭孔隙通道中。
6.浸泡完成后，向反应釜中迅速通入氮气冷冻，去除余冰，将完全冷冻后的活性炭置于-50℃的真空冷冻干燥机中冷冻干燥14h。
7.测定活性炭炭损率<2％，再生效果达到95.82％。比表面积恢复96.38％。
实施例3
1.称取10g水处理后吸附酚的饱和废旧活性炭使用蒸馏水清洗 3遍，置于冷冻箱中充分冷冻3h，取出后迅速置于预冷后(降至-50℃以下)的真空冷冻干燥机中，干燥10h。
2.充分去除水分后的干燥废旧活性炭取出后置于充入NaOH再生液的反应釜中，浸泡温度为25℃，总浸泡时长为9h，每3小时更换一次再生液，所更换的再生液通入蒸馏装置中，待冷却后再利用。同时交替开启超声装置与氮气-抽真空装置，超声波设置为双频组合，频率设置为45KHz&45KHz，震动持续时间设置为40min，氮气冷却- 抽真空作用时间为60min。
3.洗脱后的活性炭使用95％乙醇溶液冲洗2遍，在使用蒸馏水冲洗至中性，使用PH试纸测定冲洗状态是否接近中性，测定值在6-7 之间即可。
4.将冲洗至中性的活性炭置于回转炉中烘干，烘干温度设置为 180℃，升温速度设置为8℃/min，烘干时间为12h。烘干过程中产生的废气经吸附塔、急冷中和塔、干燥塔、布袋除尘器、喷淋塔处理后达标排放。
5.将洗脱干燥后的活性炭再次置于反应釜中，通入蒸馏水充分浸泡2h，同时并利用超声波装置继续震荡，使蒸馏水充分进入经氢氧化钠洗脱酚后的活性炭孔隙通道中。
6.浸泡完成后，向反应釜中迅速通入氮气冷冻，去除余冰，将完全冷冻后的活性炭置于-50℃的真空冷冻干燥机中冷冻干燥14h。
7.测定活性炭炭损率<3％，再生效果达到97.12％。比表面积恢复96.74％。
在前期对比再生液温度与超声波频率对再生效率的影响实验中，准确称取1g吸附苯酚饱和废旧活性炭，150ml的蒸馏水作为再生液，超声功率100W，采用45KHz&100KHz双频组合，超声作用时间设定为30min，控制再生液温度分别为5℃、15℃、25℃、35℃、45℃、 55℃做活性炭再生效率实验发现，其他条件不变仅控制再生液温度时，得到再生液温度在25℃时再生效率最好并趋于平稳，再生温度高于30℃后再生效率反而随着再生液温度的升高降低。
将再生液定温为25℃，其他条件不变，超声功率调至100W，超声波采用双频震动的废旧活性炭再生效率明显优于单频条件，改变超声波双频组合的频率条件，双频不同组合超声作用作用对活性炭的再生效果从好到差依次为：45KHz&45KHz、45KHz&80KHz、45KHz&100KHz、80KHz&80KHz、80KHz&100KHz。但在45KHz&45KHz 时，再生噪音较大，再生液最不平静，活性炭跳动剧烈，此状态下活性炭损失相较其他条件严重。