全 文 ：第 ww卷 第 u期
u s s {年 u 月
林 业 科 学
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活性炭再生技术研究进展 3
林冠烽t ou 牟大庆v 程 捷w 黄 彪t
kt1 福建农林大学 福州 vxsssu ~u1 福建省林业科学研究院 福州 vxsstu ~
v1 福建省三明市林业局 三明 vyxsss ~w1 浙江大学宁波理工学院 宁波 vtxtssl
摘 要 } 对活性炭的再生方法进行介绍 o详细阐述目前大规模使用的传统的热再生法 !生物再生法 !电化学再生
法 !超临界流体再生法 !超声波再生法 !微波辐射再生法和 ׬’u 光催化再生法等方法 ∀文章指出各种再生方法存在
的优缺点 o特别指出 o微波辐射再生法作为一种高效 !节能 !省时的再生技术 o具有巨大的发展潜力和优势 ∀另一方
面 o文章对各种再生方法的机制也进行较详细地阐述 o同时还介绍活性炭再生的评价方法 }穿透曲线法 !吸附等温
线法 !再吸附法 ∀
关键词 } 活性炭 ~再生 ~再生机制 ~评价方法
中图分类号 }×±wuw1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{lsu p stxs p sx
收稿日期 }ussy p ts p ty ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kvszzty{ul !福建省自然科学基金计划资助项目k∞sztsssul及国家林业局南方山地用材林培育重点
实验室共同资助 ∀
3 黄彪为通讯作者 ∀
Ρεσεαρχη Προγρεσσ ον Ρεγενερατιον οφ Αχτιϖε Χαρβον
¬± Š∏¤±©¨ ±ªtou ∏⁄¤´¬±ªv ≤«¨ ±ª¬¨w ‹∏¤±ª…¬¤²t
kt1 Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηου vxsssu ~ u1 Φυϕιαν Αχαδεµψοφ Φορεστρψ Φυζηου vxsstu ~
v1 Φορεστρψ Βυρεαυ οφ Σανµινγ o Φυϕιαν Προϖινχε Σανµινγ vyxsss ~ w1 Νινγβο Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψo Ζηεϕιανγ Υνιϖερσιτψ Νινγβο vtxtssl
Αβστραχτ} „¦·¬√¤·¨§¦¤µ¥²±¶«¤√¨ ¥¨ ±¨ ¬¨·¨±¶¬√¨ ¼¯ ∏¶¨§¤¶¤§¶²µ¥¨±·¶¬± ±¨√¬µ²±°¨ ±·q…¨ ¦¤∏¶¨ ¬·º¤¶ ¬¨³¨ ±¶¬√¨ o¬·¬¶±²·
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Κεψ ωορδσ} ¤¦·¬√¤·¨§¦¤µ¥²±~µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²±~·«¨ °¨ ¦«¤±¬¶° ²©µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²±~¨√¤¯∏¤·¬±ª °¨ ·«²§¶
活性炭再生k或称活化l o是指用物理或化学方法在不破坏活性炭原有结构的前提下 o将吸附于活性炭微
孔的吸附质予以去除 o恢复其吸附性能 o达到重复使用的目的k翁元声 ousswl ∀由于活性炭本身价格较高 o若
只使用一次就丢弃极不经济 o造成资源浪费 o成本增加 ∀如何高效再生吸附饱和的活性炭以达到经济合理利
用 o已成为活性炭工业中必须重点解决的问题 o同时亦是国内外研发的热点 ∀
t 活性炭的再生依据
活性炭吸附过程 o吸附质 !活性炭及溶剂三者间由于亲和力的不同而形成一定的吸附平衡关系 o要使吸
附质脱离就要采取各种办法来改变平衡条件 o其根据是 }tl改变吸附质的化学性质 ~ul用对吸附质亲和力强
的溶剂萃取 ~vl用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来 o然后再使置换物质脱附 o活性炭得
到再生 ~wl用外部加热 !升高温度的办法改变平衡条件 ~xl用降低溶剂中溶质浓度k或压力l的方法脱附 ~yl使
吸附物k有机物l分解或氧化而除去k黄律先 ot||yl ∀
u 活性炭的再生方法
采用何种方法进行活性炭再生主要取决于活性炭的类型和吸附物质的性质 o同时再生操作要保证不使
影响活性炭吸附性能的主要微孔容积损失太多 ∀目前 o国内外所采用和正在发展之中的活性炭再生方法主
要有以下几种 ∀
211 热再生法
热再生是目前应用最多 !工业上最成熟的活性炭再生方法k•¤­¨¶« ετ αλqoussxl o其原理是将湿炭用高温
气体慢慢干燥 o在加热过程中 o被吸附的有机物按其性质不同 o通过水蒸气蒸馏 !解吸或热分解这些过程 o以
解吸 !炭化 !氧化的形式从活性炭的基质上消除k炭素材料学会 ot|{wl ∀活性炭在再生过程中 o根据加热到不
同温度时有机物的变化 o一般分为干燥 !高温炭化及活化 v个阶段k≤«¨ ± ετ αλqoussxl ∀热再生操作简单 o成
本低 o但是其不能完全消除活性炭中的污染物 o并且吸附性能没有得到很大的提高 ~同时由于所需温度较高 o
烧失也较大 o造成得率较低k≥¤¥¬² ετ αλqoussw ~Š∏ ετ αλqoussxl ∀另一方面 oŠ²±½¤¯ ½¨2¤µ·ς±等kussul研究表
明 o热再生可以提高活性炭的表面疏水性 ∀
212 生物再生法
生物再生是利用微生物将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解k≤¯ e∏§¬¤ ετ αλqoussyl ∀微生物的分解效
果在于 }在活性炭颗粒周围生长了一层嫌气性生物膜 o分解被吸附的高分子物质或者生物分解度低的物质 ∀
通过这种作用使难于被吸附的分解产物解吸 o再通过外侧的好气性微生物而被氧化 ∀生物法简单易行 o投资
和运行费用较低 o但所需时间较长 o受水质和温度的影响很大 ∀微生物处理污染物的针对性很强 o需特定物
质专门驯化 ∀且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成 ≤’u 和 ‹u ’ o其中间产物仍残留在活性
炭上 o积累在微孔中 o多次循环后再生效率会明显降低k„¶«√¬±¬ετ αλqoussxl ∀
213 湿式氧化再生法
活性炭湿式氧化再生是在高温高压条件下 o用氧气或空气作为氧化剂 o将处于液相状态下活性炭上吸附
的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法 ∀湿式氧化再生法处理对象广泛 o反应时间短 o再生效率稳定 ∀
利用失效炭本身氧化热来维持反应系统温度 o再生过程中无需另外加热 ∀但湿式再生氧化也存在不足 }tl随
吸附种类不同 o氧化难易程度相差很大 o需选用催化剂 o增加了成本 ~ul降低活性炭吸附性能 o氧化液和废气
需进一步处理 ~vl最佳氧化温度不易控制 ~wl所需设备需耐腐蚀 !耐高压k≥«¨ ±§¨ ετ αλqoussul ∀
214 溶剂萃取再生法
溶剂萃取再生法是利用活性炭 !溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系 o通过改变温度 !溶剂的 ³‹ 值
等条件 o打破吸附平衡 o使吸附质从活性炭上脱附下来kƒ∏µ∏¼¤ ετ αλqoousswl ∀根据所用溶剂的不同可分为
无机溶剂再生法和有机溶剂再生法 ∀tl无机药剂再生 o是指用无机酸k硫酸 !盐酸l或碱k氢氧化钠l等药剂使
吸附质脱除 o又称酸碱再生法 ∀例如用氢氧化钠溶液洗涤吸附高浓度酚的炭 o脱附的酚以酚钠盐形式被回
收 ∀吸附废水中重金属的炭也可用此法再生 o再生药剂可使用 ‹≤¯ 等 ∀ ul有机溶剂再生 o采用乙醇
kפ±·«¤³¤±¬¦«¤®²²± ετ αλqoussxl !苯 !丙酮及甲醇k„¯ ∏¬¶¬² ετ αλqoussyl等有机溶剂 o萃取吸附活性炭中的吸附
质 ∀例如吸附高浓度酚的炭 !焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和炭等均可用有机溶剂再生 ∀溶剂
再生法对于被吸附物质为大分子有机物质或分子结构中支链较多的有机物质来说 o因/瓶颈效应0或/章鱼效
应0 o溶剂再生效率较低 ∀在被吸附物种类较多 !成分较为复杂时 o通常需要几种以上的萃取剂 ∀另外 o由于
有些化学溶剂会腐蚀活性炭表面 o破坏活性炭的细孔结构 o降低活性炭的吸附容量和机械强度k周明华等 o
ussxl ∀
215 电化学再生法
近年来 o电化学高级氧化技术作为一种新发展的高级氧化技术因其处理效果好 !操作简便 !环境友好等
优点 o引起了极大关注k • ∏ ετ αλqousstl ∀该方法将活性炭填充在 u个主电极之间 o在电解液中 o加以直流电
场 o活性炭在电场作用下极化 o一端成阳极 o另一端呈阴极 o形成微电解槽 o在活性炭的阴极部位和阳极部位
可分别发生还原反应和氧化反应 o吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解 o小部分因电泳力作用发生脱
附 ∀…µ²º±等kusswl !«¤±ªkussul等研究表明 o电化学再生的效率与电流强度 !电解液类型和浓度 !再生时间
等有关 ∀
txt 第 u期 林冠烽等 }活性炭再生技术研究进展
216 微波辐射再生法
微波辐射再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术 ∀活性炭所吸附的吸附质中大多数是
强极性物质 o它们比活性炭吸收微波的能力强 o因此可以用热解吸的方法来再生k‹² ετ αλqoussxl ∀在微波
场中 o活性炭中吸附的极性物质分子受到诱导而产生偶极转向极化 o将电磁场能转化为热能 ∀被吸附在孔道
中的水和有机物质受热挥发和炭化 o使活性炭的孔道重新打开 ∀同时 o活性炭本身要吸收微波而升温 o烧失
一部分炭 o使孔径扩大k立本英机等 oussul ∀ „±¬¤等kussxl研究 o用 u wxs  ‹½的微波再生 o与传统的热再生
相比 o其耗时短 !再生效率高 o可以生成微孔发达的活性炭 ∀微波再生活性炭作为一种高效 !节能 !省时的再
生技术 o显示了巨大的潜力和优势 ∀
217 超声波再生法
超声波再生是 us世纪 |s年代发展起来的一项新技术 ∀超声波作用可以使吸附剂和吸附质之间的物理
结合减弱 ∀在水溶液中 o由于超声波的作用产生了高能的/空化泡0 o/空化泡0在溶液中不断长大 o爆裂成小
气泡 o并在这些小气泡内部和界面产生局部高温高压 o导致了 ‹u ’分裂成 p ’‹形式存在 o同时产生了高压
冲击波作用于吸附剂表面 o使有机污染物质通过热分解和氧化作用得到有效的分离k¤¨2¬° ετ αλqoussx ~王
三反 ot||{l ∀ ‹¤°§¤²∏¬等kussxl报道 o在超声波条件下 o加入乙醇和 ‘¤’‹可以明显增大失效活性炭的五氯
苯酚的解析量 o活性炭的解析速率随超声波频率增大而增大 ∀超声再生具有能耗小 !工艺及设备简单 !炭损
失小 !可回收有用物质等优点 o具有较好的发展前景 ∀
218 超临界 ΧΟ2 萃取再生法
物质的温度和压力高于其临界温度和临界压力时 o称为超临界流体k¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ©¯∏¬§¶o≥≤ƒl ∀超临界流
体萃取k¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ©¯∏¬§¶ ¬¨·µ¤¦·¬²±o≥ƒ∞l法再生活性炭是 us世纪 zs年代末开始发展的一项新技术 ∀≥≤ƒ具
有密度大 !表面张力小 !扩散系数大 !溶解度大 !传质速率高 !扩散性能好k陈皓等 ousst ~ ²¶«¨ ετ αλqot|||l o
与固体活性炭不相溶 o且对活性炭表面存在活化作用等优点k臧志清等 ot||{ ~ ∂¤¯¨¨ ot||sl o是再生活性炭的
理想溶剂 ∀依据 ≥≤ƒ萃取原理 o利用 ≥≤ƒ 作为溶剂 o将吸附在活性炭上的有机物扩散并溶解于 ≥≤ƒ之中 ∀
研究表明 o超临界 ≤’u 对活性炭的再生效果比较理想 o在较温和的条件下就可达到较理想的再生效率 o并且
经多次循环使用再生后 o活性炭仍能保持较高的吸附性能kŽ¤½∏¼∏®¬ετ αλqot||zl ∀其不足之处是 }设备投资
大 o运行成本高 ∀
219 臭氧氧化再生法
臭氧氧化再生法是用臭氧做氧化剂将吸附在活性炭上的有机物氧化分解 o实现活性炭再生的方法
k≥«¨ ±ª ετ αλqousss ~童少平等 oussxl ∀臭氧氧化再生会使活性炭表面酸性官能团增多 o吸附苯酚的能力下
降 o所以必须找出合适的臭氧用量 o在不改变活性炭表面化学性质的条件下 o除去苯酚和其他氧化副产物
k„¯ √¤µ¨½ ετ αλqousswl ∀
2110 光催化再生法
׬’u 光催化技术是近年发展起来的一种发展前景看好的环境友好氧化技术 o其显著特点是在借助光催
化剂表面受光子激发产生的高活性强氧化剂#’‹ 自由基 o将水体中绝大多数的有机及部分无机污染物氧
化 o使其逐步氧化降解 o最终生成 ≤’u !‹u ’ 等无害或低毒物质k‹∏¤±ªoussv ~ ‹ µ¨µ°¤±± ετ αλqot||| ~刘守新
等 oussvl o从而实现活性炭的光催化再生 ∀近年来 o研究人员开展了许多 ׬’u 光催化再生活性炭的研究 o
如 }用 ׬’u 光催化再生处理印染废水的活性炭 o可以使有机污染物分解为 ‹u ’和 ≤’u o光催化再生与印染废
水的浓度 !³‹值以及其他盐类和无机物有关k„°¨ ±¨¤oussvl ∀光催化再生型活性炭在其吸附达到饱和后 o不
需要其他步骤 o直接在紫外光照射下即可实现原位再生 o再生工艺简单 o设备操作容易 o生产规模可以随意控
制 o且可以使用日光辐射 o能耗低 ∀因此 o光催化再生的研究具有重要意义 ∀其不足之处是 }耗时长 o处理效
果尚不十分令人满意 ∀
2111 其他再生方法
活性炭再生的目的即除去吸附质 o恢复活性炭吸附性能 ∀由于吸附质种类繁多 o性质各异 o从而决定了
再生方法的多样性 ∀除上面介绍的几种主要方法外 o其他方法如 }放电高温电加热法k翁元声 ousswl !新型
/相转移0再生法k周明华等 oussxl !催化湿式氧化法k李光明等 ousswl !高频脉冲再生法k吕德隆等 ot||yl !原
uxt 林 业 科 学 ww卷
位蒸气再生法 !浮选再生法 !双极性颗粒床电极法k刘守新 oussul !红外辐照再生 !离子交换再生k王岩 ousstl
等都曾有过报道 ∀
v 活性炭再生效果评价指标与方法
311 再生效果评价指标
再生后的活性炭与原活性炭比较 o其再生效果从以下 v方面考虑k黄律先 ot||yl }tl吸附性能复原程度 ~
ul对强度 !硬度及热疲劳的影响 ~vl由燃烧及机械磨损引起的再生损失 ∀
312 再生效率评价方法
目前 o活性炭再生效率评价的方法主要有以下几种 ∀
穿透曲线法 }²∏µ¤±§kt||xl对新炭和再生炭分别进行相同条件下的穿透曲线吸附试验 o再通过积分计
算再生炭与新炭在穿透曲线中进水浓度与出水浓度之间的面积比 o进行再生效率的评价 ∀
吸附等温线试验法k陈玲等 ousstl }活性炭的吸附等温线是指在恒定温度条件下 o活性炭对被吸附质的
吸附容量与被吸附质的平衡浓度之间的关系曲线 ∀该法中需要对不同再生条件下的再生炭及新炭分别进行
吸附等温线的测定 o然后基于相同平衡液相浓度下各再生炭与新炭吸附容量的比值计算出再生效率 ~但得到
一条吸附等温线至少需要 y个点 o因此该方法并不简便 ∀
再吸附试验法 }‘¤µ¥¤¬·½等kt||zl按照吸附等温线单点试验的要求 o将再生炭与新炭采用完全相同的再
吸附初始条件k炭量 !吸附质溶液浓度及体积l进行再吸附试验 o当达到吸附平衡时通过测定平衡液相浓度 o
得到相应的吸附容量 o由再生炭的吸附容量与新炭的吸附容量之比值得到再生效率 ∀
w 结语
目前 o活性炭的应用已渗透到国民经济的各部门并且已经进入家庭 o成为人们生活必不可少的物品 o特
别是在世界环境日益恶化的今天活性炭在环境保护方面的重要作用与大量使用再次引起各国研究人员的关
注 ∀由于价格较高 o若使用一次就丢弃 o极不经济 ∀活性炭再生过程中首先要考虑尽量减少对碳基质本身的
影响 o保证再生炭的吸附性能 ∀随着活性炭用量的不断扩大及人们对环境标准要求的提高 o要求再生炭工艺
简单 o运行成本低 !设备操作容易 o再生后产生的二次污染尽可能小 o生产规模便于控制 ∀目前 o许多研究人
员在这方面做了大量的工作 o取得了较好的成果 o但在实际应用中仍存在许多问题 ∀综合以上所述的各种再
生方法 o笔者认为微波再生法有着极大的发展前途 o因为微波技术在工业上已显示了巨大的发展潜力 o随着
人们对微波技术认识的进一步深入 o相关技术问题的解决和今后对低能耗 !环境友好技术要求的提高 o有理
由相信微波技术在活性炭再生方面必将能发挥其应有的作用 ∀
参 考 文 献
陈 皓 o赵建夫 o刘勇弟 qusst q超临界二氧化碳萃取再生吸苯活性炭的研究 q化工环保 outkul }yy q
陈 玲 o赵建夫 o陈岳松 qusst q活性炭湿式氧化再生效率评价方法 q环境科学 ouuktl }vu p vy q
黄律先 qt||y q木材热解工艺学 qu版 o北京 }中国林业出版社 otz| p t{s q
立本英机 o安部郁夫 qussu q活性炭的应用技术 }其维持管理及存在问题 q高尚愚 o译 q南京 }东南大学出版社 ovs p tux q
李光明 o王 华 o陈 玲 o等 qussw q多相催化湿式氧化法再生活性炭反应条件 q同济大学学报 ovukxl }yvy p yv| q
刘守新 qussu q活性炭光再生技术与 ׬’u ) ) ) 活性炭协同作用机制研究 q东北林业大学博士学位论文 o|s p tts q
刘守新 o张世润 o孙承林 qussv q木质活性炭光催化再生研究 q林产化学与工业 ouvkul }tu p ty q
吕德隆 o白汾河 qt||y q高频脉冲活性炭再生新技术 q新技术新工艺 oy }ws p wt q
炭素材料学会 qt|{w q活性炭基础与应用 o高尚愚 o陈 维 o译 q北京 }中国林业出版社 oxy p x{ q
童少平 o魏 红 o刘维屏 qussx q臭氧氧化法再生活性炭的研究 q工业水处理 ouxkul }vt p vv q
王三反 qt||{ q超声波再生活性炭的初步研究 q中国给水排水 otwkul }uw p uz q
王 岩 qusst q以 ׬’u 为催化剂活性炭的光再生研究 q东北林业大学硕士学位论文 oxs p x{ q
翁元声 qussw q活性炭再生及新技术研究 q给水排水 ovsktl }{y q
臧志清 o周端美 qt||{ q超临界态二氧化碳再生活性炭法治理甲苯废气 q环境科学研究 ott }yt p yw q
vxt 第 u期 林冠烽等 }活性炭再生技术研究进展
周明华 o戴启洲 o雷乐成 o等 qussx q活性炭吸附 p电化学高级氧化再生法处理难降解有机污染物 q科学通报 oxskvl }vsv p vsw q
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„¦·¤ow|kusl }vuy| p vu{t q
≤«¨ ± • ƒ oƒµ¨§≥ ≤ qussx q׫¨µ°¤¯ µ¨¤¦·¬√¤·¬²± ²©¤°°²±¬¤2·¤¬¯²µ¨§ªµ¤±∏¯¤µ¤¦·¬√¤·¨§¦¤µ¥²± ¬¨«¤∏¶·¨§º¬·«³¨µ¦«¯²µ¤·¨ q≤¤µ¥²±owv }uzwu p uzw| q
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²©·«¨ ¤§¶²µ¥¨ ±·q²∏µ±¤¯ ²© ‹¤½¤µ§²∏¶¤·¨µ¬¤¯¶ox q
ƒ∏µ∏¼¤ ∞o≥¤·²ŽoŽ¤·¤²®¤× oετ αλqussw q„°²∏±·²©¤µ²°¤·¬¦¦²°³²∏±§¶¤§¶²µ¥¨§²±¬±²µª¤±¬¦¤§¶²µ¥¨ ±·¶q≥ ³¨¤µ¤·¬²±¤±§°∏µ¬©¬¦¤·¬²± × ¦¨«±²¯²ª¼ ov|kt p ul }zv
p z{ q
Š²±½¤¯ ½¨2¤µ·m±  oŠ²±½e¯ ½¨2Š¤µ¦m¤≤  oŠ²±½e¯ ½¨ƒ oετ αλqussu q׫¨µ°²§¼±¤°¬¦¦«¤µ¤¦·¨µ¬½¤·¬²±²©¤µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¨§¤¦·¬√¤·¨§¦¤µ¥²±¶∏µ©¤¦¨ q„³³¯¬¨§≥∏µ©¤¦¨
≥¦¬¨±¦¨ ot|tkt p wl }tyy p tzs q
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