专栏名称: 工业水处理
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《工业水处理》:饱和活性炭热再生过程残余物形成及影响因素分析

工业水处理  · 公众号  ·  · 2025-04-11 20:58

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摘要: 饱和活性炭热再生工艺具有适用性强、对吸附质没有选择性的优点,是工业处理中最常用的方法,但热再生过程中吸附质在活性炭内发生分解、聚合等反应,残余物沉积在孔隙中,造成堵塞,使热再生处理后的活性炭比表面积和孔容积下降。了解热再生过程残余物沉积的机理及关键影响因素,减少残余物沉积,最大化恢复活性炭的吸附性能是热再生的关键。简要介绍了活性炭热再生工艺及再生过程中残余物沉积的机制,重点综述了再生过程中单一和混合吸附质情况下残余物沉积的特点,以及吸附质和活性炭的物化性质与残余物沉积的关系,阐明了热再生温度、气氛、再生加热速率、吹扫气体流速以及多种操作条件对残余物沉积的影响机制,据此对未来活性炭再生的工业发展方向提出建议。

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第一作者 :张伟业

通讯作者 :申婧

第一作者单位 :山西大学资源与环境工程研究所

合作单位 :太原固废处置中心

论文DOI :10.19965/j.cnki.iwt.2024-0156


目前,活性炭(Activated carbon,AC)因吸附性能优越,被广泛应用于化工、印染、工业涂装、污水处理等领域中多种污染物及杂质的去除。但活性炭使用到特定时间节点需要及时更换,产生的饱和活性炭表面常负载大量毒性污染物,如果处置不及时或不当,将造成二次环境污染。常见的饱和活性炭处置方法有焚烧、填埋和再生,再生可使活性炭内的吸附质脱附,恢复吸附性能,具有明显的经济效益。在各种再生方法中,热再生法因对吸附质没有选择性,可大规模处置吸附饱和的活性炭,是国内外工业最常见的再生方法。

热再生过程中吸附质在活性炭复杂的孔隙结构中经历分解、聚合等反应,不能完全脱离活性炭,留下残余物沉积在活性炭碳骨架中,堵塞孔隙,造成再生活性炭吸附能力下降。有研究具体量化了这种影响,发现每形成1%的残余物,平均使再生活性炭比表面积和微孔体积分别减少26 m2/g和0.010 cm3/g。

笔者概述了活性炭热再生过程中残余物沉积的机理,并对再生过程中吸附质结构、活性炭性质以及热再生气氛、温度等操作条件对残余物沉积的影响机制进行了综述。对这些问题的深入了解将有益于提高活性炭热再生的效率,并通过调整工艺条件等措施制定吸附再生的最优方案。



0 1
热再生工艺及残余物形成机制



1.1 热再生工艺

工业上对饱和活性炭的再生一般分为脱附、热解、活化3个阶段。脱附阶段温度为200~300 ℃,主要去除饱和活性炭上的可挥发成分。高温热解阶段使饱和活性炭上吸附的一部分有机物气化脱附,一部分有机物发生分解反应生成小分子烃脱附,留下来的残余物会在炭孔周围沉积形成半焦或其他重质副产物,热解阶段温度为800 ℃以下;为避免活性炭的氧化,热解阶段一般在抽真空或惰性气氛下进行。活化阶段通常在反应釜内通入CO 2 、空气或水蒸气等气体,以清理热解再生活性炭堵塞的孔隙,进一步恢复其吸附性能,热活化温度需达到800 ℃以上。热再生工艺的机理见 图1 ,活性炭再生效果受多种因素影响。


图1  饱和活性炭热再生工艺的机理及影响因素


针对不同来源的饱和活性炭,热再生方法不尽相同。对用于空气污染控制的活性炭,可在较低温度下使用水蒸气或N 2 再生;而对于水污染控制中使用的活性炭,需使用水蒸气或CO 2 在较高温度(>800 ℃)气化堵塞孔隙的残余物。合适的再生过程和再生条件也可以根据吸附质脱附的难易程度去选择,若吸附质解吸时沸点低且不会分解,可采用低温再生和吸附质回收的方法;若吸附质解吸时发生分解,可能需要高温活化来恢复吸附剂的性能;对吸附全氟化合物等新型持久性污染物的活性炭,热再生过程则需破坏键能较大的碳氟键,以减少脱附气体二次污染的风险。Feng XIAO等研究了吸附全氟辛酸活性炭的热再生,发现再生温度≥300 ℃时,全氟辛酸的脱附率≥99%。全氟辛酸的矿化程度在不同温度下呈现显著差异:150~600 ℃再生温度下矿化率仅介于9.4%~28.8%,在此温度区间内矿化反应相对受限;当温度骤升至700 ℃时,矿化率急剧攀升至92.4%,凸显了高温在促进全氟辛酸矿化方面的关键作用,有助于降低其环境风险。对于吸附不同污染物至饱和的活性炭,再生难易程度不同,可使用再生效率(Regeneration efficiency,RE,%)评价饱和活性炭的再生效果〔 式(1) 〕,其定义为再生前后活性炭吸附容量的比值,其中q reg 和q orig 分别是再生活性炭和原始活性炭的吸附容量。



1.2 热再生过程中残余物的形成机制

累积在活性炭孔隙和表面的有机吸附质经历热分解和热活化阶段发生挥发、蒸发和热解等行为,残余物在活性炭孔隙内沉积。如 图2 所示,残余物的形成主要在热分解阶段,主要包括强吸附力的化学吸附物和吸附质热解碳(可能为半焦、焦炭、聚合物等),形成机制包括化学吸附、吸附质偶联或吸附质分解,以及不可逆的物理吸附。


图2  再生活性炭的孔隙结构特点示意


物理吸附通常是可逆的,但受活性炭孔隙结构的影响,也存在不可逆的情况,当吸附质分子尺寸与活性炭孔径尺寸接近时,受相邻孔壁的重叠吸引力,活性炭再生变得困难。化学吸附是指吸附质与活性炭通过化合键结合,通常是不可逆的。一般在活性炭吸附吸附质过程中,需要吸收热量来克服化学吸附需要的活化能,在一定范围内,吸附温度越高,吸附质化学吸附的程度就越高。

M. J. LASHAKI等研究发现,将吸附温度从25 ℃提高到45 ℃,热再生后球形活性炭上的残余物增加约30%。热再生过程也会发生吸附质偶联,主要与吸附质自身的性质有关,如苯酚可失去一个质子成为酚基,通过偶联形成稳定、尺寸大的分子产物多聚体而难以解吸。Qiuli LU等发现在有氧条件下吸附苯酚和2-甲基苯酚饱和的活性炭在较低再生温度下会发生聚合现象,且活性炭的微孔结构可抑制该聚合反应。T. M. GRANT等研究了吸附酚类山梨酸盐饱和的活性炭,也发现其再生性能差的原因为酚类山梨酸盐化合物的氧化偶联作用。此外,在热再生过程中,吸附质在活性炭孔隙内分解生成一部分小分子物质,小分子物质逃逸使再生活性炭吸附能力恢复,但留下一部分更难以去除的残余物沉积在孔隙内。E. CALıŞKAN等研究发现吸附质盐酸异丙嗪在300~500 ℃再生温度下分解,留下一部分热解碳堵塞再生活性炭孔隙。C. O. ANIA等对吸附苯酚的饱和活性炭进行热再生,也发现导致再生活性炭孔隙堵塞的原因是苯酚在高温(850 ℃)下发生分解,产生难去除残余物。S. NIKNADDAF等进一步比较吸附1,2,4-三甲基苯饱和的活性炭在288 ℃和400 ℃温度下的再生效果,发现再生活性炭中难去除残余物在400 ℃下因更快的加热速率而沉积更多。这些研究共同揭示了热再生过程中吸附质分解与残余物沉积的复杂性,以及再生温度、加热速率等因素对再生效果的重要影响。热解后残余物沉积会导致再生活性炭吸附性能下降,热再生效果还可用残余物沉积率(CH,%)评价〔 式(2) 〕,AD Afteruse 和AD Initial 分别为再生活性炭和原始活性炭的质量。



0 2
影响活性炭热再生过程中残余物形成的因素



2.1 吸附质的性质

吸附质的性质决定了活性炭再生过程中残余物的沉积量。针对饱和活性炭热再生的大量研究发现,吸附不同吸附质至饱和的活性炭其最佳再生条件也不同,如 表1 所示,这与吸附质分子沸点、分子质量以及芳香度有关。

P. K. T. LIU等发现不同碳链长度的吸附质解吸后在活性炭表面残留情况不同,碳链长度在C4~C8之间的烷烃、烯烃以及侧链长度在C1~C4之间的芳香烃解吸后不会在活性炭碳骨架上残留;碳链长度在C10~C18之间的烷烃以及侧链长度在C6~C10之间的芳香烃,解吸后会在活性炭碳骨架上留下少量残余物;而碳链长度更高(>C18)的烷烃、烯烃和芳香烃在较高温度下解吸后,会在活性炭碳骨架上留下大量残余物。这一发现对活性炭的应用具有重要意义,可以帮助预测不同碳链长度的吸附质在活性炭上的残留情况,为实际应用中的操作条件优化提供参考。

M. SUZUKI等研究发现沸点大于170 ℃和芳香度大于0.8的吸附质,热解后更容易导致残余物沉积。S. M. HASHEMI等发现,吸附芳香族化合物饱和的活性炭热再生过程中可能产生大分子、不容易解吸的产物,导致活性炭再生过程中产生较多残余物沉积。而对于不同有机物吸附解吸后,形成的残余物结构的不同也会导致再生活性炭物理性质的差异。

表1  不同文献中饱和活性炭热再生的参数


实际上,饱和活性炭的再生常常是对其表面多组分吸附质的解吸过程。吸附质在多孔吸附剂上的物理吸附过程类似于气液相变过程,沸点较高的吸附质与活性炭之间的分子间作用力较强,更容易产生毛细凝聚,形成稳定的吸附相,不易解吸。K. VIKRANT等将吸附苯饱和的活性炭暴露于二甲苯中,相较于苯,二甲苯的沸点更高,发现84%的苯从活性炭中解吸。吸附质的沸点是影响有机物竞争吸附动力学的主要因素,对于具有相似沸点的吸附质,其分子动力学直径、极性等结构和功能特点也会影响其动力学过程。

一般吸附质分子动力学直径越大,其与吸附剂的相互作用越强,不易发生解吸。Haiyan WANG等对相同浓度的8种有机混合物的竞争吸附及热再生过程进行了研究,发现1,2,4-三甲基苯与正癸烷、2-丁氧基乙醇沸点相近,但其分子动力学直径比直链的正癸烷、2-丁氧基乙醇大0.21 nm,故其与活性炭的相互作用力更强,在吸附过程处于领先地位,而再生过程中则最后被脱附。活性炭表面多污染物竞争吸附导致的结果为更易产生残余物的化合物被优先吸附,使再生过程中残余物的沉积加剧。

此外,混合吸附质分布的均匀性会减小竞争吸附的影响,S. KAMRAVAEI等对活性炭进行连续5次的吸附再生操作,发现流化床与固定床相比,其残余物沉积量减少了30%。综上,高沸点、高分子质量、高芳香度、大分子动力学直径的吸附质更易产生残余物,影响热再生效果,且不同吸附质的竞争吸附行为导致残余物的形成加剧。


2.2 活性炭的性质

2.2.1 活性炭形态及来源

活性炭按照形态可分为粉末状活性炭、颗粒状活性炭、球形活性炭、活性炭纤维、活性炭纤维布、碳纳米管等。不同形态活性炭的表面结构与孔径分布相差较大,导致其再生难易程度不同,如球形活性炭比较规整、耐磨损,而且微孔分布较多,更易造成残余物沉积,影响其再生过程;碳纳米管具有大的比表面积和易于改性的表面,对吸附质的吸附机制主要为物理吸附和轻微的化学吸附,故易再生;活性炭纤维布的内部微孔与其外部表面相连,减少了传质和传热限制,同时较高的传质和传热速率又提高了吸附/再生速率并降低了吸附床内着火的风险。

此外,受有机前驱体的影响,不同前驱体制备的活性炭再生过程中残余物沉积情况也不同。J. CARRATALÁ-ABRIL等用木材、无烟煤及亚烟煤前体制备活性炭,发现无烟煤活性炭具有最高的比表面积2 360 m2/g以及79%的微孔,其热再生过程中残余物沉积较多,再生效率较低。不同形态、来源的活性炭均有其适宜的应用场景,但还需考虑热再生过程中残余物的形成。

2.2.2 活性炭的孔径分布

活性炭表面分布不同的孔,国际纯粹与应用联合会(International union of pure and pplied chemistry,IUPAC)对孔径大小的定义为大孔(D>50 nm),中孔(2 nm 图3 所示。研究发现,饱和活性炭热再生后微孔与总孔体积变化相似,且再生活性炭与新活性炭相比较,主要表现为微孔的损失(<0.8 nm)。

因此微孔为吸附质的主要吸附位点,同时也是热解后残余物沉积的主要部位。而关于微孔对残余物形成的影响,M. J. LASHAKI等发现吸附质的分子动力学直径与微孔(<0.8 nm)相似时,由于壁效应的叠加产生强大色散力,导致孔隙堵塞,产生不可逆物理吸附的残留物沉积。

而在有氧气条件下,微孔对气体扩散的影响更显著,解吸过程变缓,反应物暴露在更高温度下,吸附质与氧气反应造成残余物沉积。M. FEIZBAKHSHAN等在空气气氛下,对饱和活性炭进行了连续5次的吸附再生操作,发现低微孔体积活性炭热再生产生的残余物少15%左右。


图3  活性炭基本结构模型


活性炭的大中孔主要起通道作用,可以促进吸附质的解吸,在热再生过程中几乎没有残余物。M. J. LASHAKI等发现介孔活性炭不仅增强了竞争吸附动力学,而且使热再生过程中吸附质的解吸速度更快。J. CARRATALÁ-ABRIL等发现具有大中孔体积和宽微孔尺寸分布的活性炭,吸附饱和后的热再生效率较高,残余物沉积较少。因此,在考虑循环利用活性炭时,需在确保足够吸附效果的基础上,平衡微孔的数量和分布。

2.2.3 活性炭表面含氧官能团

活性炭表面含氧官能团会影响残余物的形成,且不同吸附质与含氧官能团的作用不同。C. C. LENG等发现通过化学改性增加活性炭表面酸性官能团可抑制苯酚的聚合,降低残余物沉积。O. P. MAHAJAN等进一步研究了活性炭热再生过程中表面官能团的作用机制,碳表面含氧官能团可与水分子形成氢键,导致苯酚在与水分子的竞争吸附中处于劣势,苯酚吸附量少,活性炭再生过程中残余物沉积少。E. CASTILLEJOS-LÓPEZ等研究了吸附苯酚、苯胺和硝基苯酚饱和活性炭的再生,结果显示苯胺可以与羧基、酚基、醇基、酯基等含氧官能团均发生化学吸附,热再生过程中残余物沉积多;硝基苯酚仅能与分解产生CO 2 的含氧基团产生相互作用,残余物沉积较少;而含氧官能团则会抑制苯酚的化学吸附,残余物沉积显著减少。

对于非酚类挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs),活性炭表面酸性含氧官能团会减弱吸附质和吸附剂之间的相互作用,减少残余物沉积。M. J. LASHAKI等对9种非酚类VOCs吸附饱和的活性炭进行了化学改性,发现硝酸处理后的活性炭表面氧含量提高128.5%,热再生后残余物沉积量降低30%。A. BHAT等也证明通过酸化学改性在活性炭表面引入含氧官能团,对吸附工业油漆操作过程中使用的活性炭进行热再生操作,可以抑制残余物的沉积以及延长活性炭的使用寿命。综上,活性炭表面含氧官能团的研究可能会为抵抗热再生过程中残余物的形成提供新思路。


2.3 热再生过程中的操作条件

2.3.1 气氛

在饱和活性炭再生的热脱附和热分解阶段,N 2 由于更易获得且较稳定,常被作为吹扫气体,但N 2 中往往残留低浓度氧杂质,会加剧残余物的形成,影响再生活性炭的吸附性能。

活性炭十分稳定,低浓度的O 2 (气体体积分数小于1%)几乎不与活性炭发生反应,然而吸附质与吸附剂间的物理吸附作用因吸附质与O 2 发生化学反应转化为化学吸附,成为残余物沉积的主要原因。

M. J. LASHAKI等使用含不同浓度O 2 (气体体积分数在0.000 5%~1%)的N 2 作吹扫气体,经过连续5次的吸附再生操作,高O 2 浓度条件相较于低O 2 浓度条件,活性炭残余物沉积量增加35%左右,吸附能力下降了55%。吹扫气体中氧杂质的影响也与吸附质的性质有关,芳香族相对于脂肪族有机物,其苯环上的取代基有更强的活性,O 2 更易与取代基反应,增加了残余物在活性炭上沉积的可能性,从而对活性炭的再生效率和性能产生不利影响。S. M. HASHEMI等发现,对于脂肪族吸附物,正癸烷产生的残余物最多,而对于芳香族吸附物,1,2,4-三甲基苯产生的残余物最多;在10 000 mg/kg氧质量分数条件下,芳香族吸附物产生的残余物是脂肪族吸附物的4倍。

对水相中吸附易分解有机物至饱和的活性炭进行热再生,简单的热分解并不能使活性炭的再生效果恢复充分。S. ROMÁN等发现对吸附对硝基苯酚饱和的活性炭,热分解阶段的再生效率仅为70%。此时就需要一些弱氧化剂氧化热分解阶段产生的残余物,常见的弱氧化剂有CO 2 、水蒸气和空气。一般饱和活性炭中存在多种吸附质,有无机化合物和有机化合物,要考虑不同有机化合物的反应性以及不同无机化合物对活性炭气化反应的催化性来选择最佳活化气体。S. ROMÁN等采用3种常用活化气体(空气、CO 2 、水蒸气),对吸附对硝基苯酚饱和的活性炭进行热再生,发现空气的氧化性较强,对活性炭孔隙破坏较严重;CO 2 和水蒸气的氧化性适中,但在没有金属盐催化的情况下,使用水蒸气的低阶煤气化速率比使用CO 2 高3倍,故使用水蒸气获得了最高的再生效率(相对于N 2 吸附体积达94%)。

2.3.2 温度

温度对活性炭热再生过程的影响很大,一般而言,随温度升高,化学吸附物质从狭窄的微孔中解吸,残余物减少,热再生效率提高。M. FEIZBAKHSHAN等发现,当热再生温度从200 ℃升至288 ℃时,对1,2,4-三甲基苯吸附饱和的球形活性炭再生后,残余物减少69%。M. J. LASHAKI等对吸附9种VOCs的球状活性炭进行热再生,发现将再生温度从288 ℃提高到400 ℃,再生活性炭的残余物沉积减少61%。

不同温度下残余物的沉积情况不同,升高温度并不一定都能起到很好的效果。M. FEIZBAKHSHAN等根据再生活性炭的热重分析将残余物分为3类,第1类为不可逆物理吸附导致的残余物沉积,该类残余物加热至430 ℃可被去除;第2类为化学吸附导致的残余物沉积,在430~850 ℃下可分解去除;第3类为不可解吸的残余物,加热至850 ℃时仍不可移除,该部分残余物是化学吸附残余物和碳沉积的结合,热解温度需高于850 ℃或者永久沉积。这一分类有助于更深入地理解活性炭再生过程中残余物的形成和去除机制,为优化再生工艺提供了理论依据。M. FEIZBAKHSHAN等还发现将再生温度升高到850 ℃,仍有20%的残余物不能被去除,并把这部分残余物归因为有机物热解碳化留下的焦炭。因此,需要找到一个临界温度来平衡残余物沉积量和能量消耗。

2.3.3 再生加热速率

再生加热速率也会影响活性炭热再生过程中残余物的沉积。在该因素影响下,残余物沉积是吸附质在高加热速率下暴露于高再生温度下形成的,即高加热速率导致本应该气化脱离活性炭的吸附质分子分解。S. NIKNADDAF等对吸附1,2,4-三甲基苯饱和的球状活性炭进行再生,发现将加热速率从5 ℃/min增加到100 ℃/min时,残余物沉积从4.6%增加至10.6%,再生效率从92.2%降至48%。在其他研究者的实验中发现了类似的现象,M. A. FERRO-GARCIA等研究了程序升温过程中饱和活性炭的再生情况,发现高加热速率导致物理吸附的吸附质转化为化学吸附,而化学吸附的吸附质更难从活性炭中脱附,导致残余物的沉积。较高的加热速率还会阻碍能量传递,导致颗粒表面和内部之间存在较大的温度梯度,这种受热不均匀的现象会使化学吸附物在降解过程中无法得到充分的热能,从而降解不完全。S. ROMÁN等考虑到加热速率的影响,研究了吸附对硝基苯酚饱和活性炭的热再生,发现对硝基苯酚热分解的温度随加热速率的提高而提高,导致对硝基苯酚的热分解过程变得困难。综上,为降低活性炭热再生过程中的残余物沉积,应适当控制加热速率,避免过高或过低的加热速率对再生过程造成不利影响。

2.3.4 再生吹扫气体流速

再生吹扫气体流速也影响热再生过程中残余物的形成,增加吹扫气体的流速可有效稀释解吸出来的气体,降低其在活性炭表面的浓度,从而有助于推动解吸反应的进行。A. SUBRENAT等研究了吸附乙酸乙酯的活性炭布的热再生,吹扫气体为N 2 ,4.8 m3/h吹扫流速下的乙酸乙酯解吸量比2.4 m3/h流速下多两倍。同时,吹扫气体流速也可以通过改变解吸气体在活性炭上的停留时间和浓度来影响吸附质的分解,低流速使得吸附质被更长时间更多地暴露在高温下,促进了吸附质与吸附剂间的化学吸附,导致残余物沉积。S. NIKNADDAF等发现当吹扫气体流速从0.1 L/min增加到2 L/min,残余物沉积从14.6%减少到2.9%,再生效率从17.3%增加到97.9%;而当吹扫气体流速继续从2 L/min增加到5 L/min,流速的增加对再生效率几乎没有影响,同时残余物沉积仅从2.9%减小到1.4%。Hui AN等也发现在吹扫气体为N 2 ,流速为0.4~0.6 L/min时对吸附质解吸影响较小,同时低吹扫气体流速因损失的热量较少是首选。因此,活性炭再生过程中,吹扫气体流速存在一个最佳值,高于该值会导致不必要的能量和气体消耗,并使解吸的吸附质难以再利用,而低于该值会加剧残余物沉积而导致活性炭的循环性能不足。

2.3.5 两种或两种以上操作参数的改变

在实际工艺操作中,各种操作条件间也会相互影响,针对多个操作条件的研究可以更细致地了解热再生过程中残余物形成背后的机理。

M. FEIZBAKHSHAN等研究了氧杂质含量和再生温度对残余物沉积的影响,发现氧杂质气体体积分数小于0.000 5%时,升高再生温度会减少残余物沉积;氧杂质气体体积分数大于1%时,升高再生温度会促进吸附质与氧杂质之间的化学反应而加剧残余物沉积。K. RAHMANI等使用机器学习预测吸附再生循环后活性炭上的残余物沉积,发现活性炭再生温度的选择受吹扫气体中氧杂质的影响显著,在一定氧杂质浓度情况下,再生温度从200 ℃升高到700 ℃,残余物沉积量升高3倍左右,可以通过热重分析找到氧杂质对残余物沉积影响最小的温度。M. FEIZBAKHSHAN等研究了活性炭纤维孔径分布和氧杂质对残余物沉积的影响,在没有氧杂质时残余物沉积量小,而氧杂质存在时会使微孔对残余物沉积的影响更显著。K RAHMANI等研究了吸附1,2,4-三甲基苯饱和活性炭的吸附-热再生,考虑了吹扫气体流速和氧杂质的影响,发现较低氧杂质或较高流速再生的活性炭均导致较少的残余物沉积,而较高的流速虽然可以降低氧杂质的影响,减少残余物沉积,但该残余物为不可解吸残余物。因此,残留物沉积量是一个多变函数,当优化活性炭再生条件时,需要同时考虑到多个变量间的相互影响规律。


0 3
结语与展望



随活性炭应用范围日趋广泛,活性炭的再生开始得到重视。热再生是吸附饱和活性炭主要的处置手段,了解其再生过程中残余物沉积原因是解决活性炭循环利用的关键问题。通过深入研究残余物沉积的原因和影响因素,并采取相应的措施进行优化和改进,可以实现活性炭的高效再生和循环利用。饱和活性炭热再生过程中残余物的沉积与吸附剂、吸附质的性质及多种操作条件密切相关。吸附质的分子质量、沸点、芳香度等的性质是决定热再生过程中残余物沉积的主要因素,活性炭的形态、来源及其孔结构、表面官能团等不同程度地影响残余物沉积,活性炭再生过程中温度、气氛、吹扫气体流量、加热速率等操作条件对残余物沉积也均有影响。此外,活性炭热再生往往需要考虑操作过程的各种资源消耗,因此需要在实际活性炭热再生工艺操作中,在尽可能少的成本下优化各个参数,使残余物沉积趋于一个合理值。而为避免热再生过程中残余物沉积的影响和能量消耗问题,未来的研究需要关注以下几个方面:

1)明晰热再生过程中残余物的形成机制,明确影响残余物沉积的关键因素,通过多种条件调控使残余物沉积趋于一个合理值,使活性炭的循环利用更具经济性。

2)活性炭表面非含氧官能团对残余物形成的影响研究较少,该方面的研究可能为减少残余物沉积提供新方案。

3)考虑到吸附剂制备的一次性成本与吸附剂生命周期内再生循环期间的重复能源消耗,开发可抵抗残余物沉积的定制活性炭,在提升活性炭吸附性能的同时减少热再生过程的残余物沉积。

4)针对热再生过程能量消耗严重的问题,工业上可合理及充分利用烟气余热等低品位的热量,不仅可以提高企业对能源的利用率,降低能源消耗,实现能源综合利用,还可减小对生态环境的热污染。

(来源:《工业水处理》2025年第1期)


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本文由丨 工业水处理 丨精编发布
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