纳米活性碳纤维及其制备
山东活性 碳纤维是以有机纤维为前驱体,通过不同方法制得的一种新型功能性纤维,其具有成型性好,耐酸、碱,电导性与化学稳定性好等特点,活性碳终维不仅比表面积大,孔经适中,分布均匀、吸附速度快,而且具有多种形态。活性碳纤维在催化、吸附方面表现出特的性能特征,加之本身所具有的孔幼构、孔分布、微孔表面积以及表面化学等特征,使之具有的开发价值,
纳米活性碳纤维是一种表面纳米粒子,是由不规则的结构与纳米空间混合组成的体系,由于其纤维直径细,与被吸附物的接触面积大且均匀,吸附材料可以得到充分利用,纳米活性碳纤维吸附,且具有纤维、毡、布和纸等各种纤细的表态,孔隙直接开口在纤维表面,缩短了吸附质到达吸附位的扩散路径,且该材料本身的外表面积较内表面积高出两个数量级。纳米活性碳纤维具有微孔形结构,孔径分布窄,特殊的细孔呈单分散分布,由不同尺寸的微细孔隙组成其结构,中孔、小孔扩散呈现出多分散型分布,在各细孔结构中的差别较大,其主要原因是由于原料的不同。在纳米活性碳纤维中无大孔,只有少量的过渡孔,微孔分布在纤维表面,因此吸附速率较快,纳米活性碳纤维丝束的空间起大孔作用,可以对气相与液相物质进行较好的吸附作用,活性碳纤维外比表面积大,吸脱速度快,为粒径活性炭10~100倍。细孔的平均孔径和细孔容积随着比表面积增大而增加,吸附容量也随之增大,为粒状活性炭的10
在活性炭再生过程中,需要从多方面因素考虑从而选择适合的装置。使再生效率和经济性都达到高。以水处理用炭系统为例,需要考虑的因素是处理水量、处理前水质及处理后水质,所使用活性炭的种类、用量、再生董等.另外,还需从运输系统等多方面综合考虑。
表4-4是水处理用活性炭的再生装置一年内的运行数据资料,处理对象为水体中的 COD,吸附塔是移动层式吸附塔,再生炉为5层的多层再生炉。该设备每周运行日期为周一到周五,在周六和周日两天吸附塔保持原状停止、而多层炉处于保温运转状态。从表中数据可以得出,即使在这样连续不断的运溯状况下,年平均再生损失只有0.2%。
表4-4 多层炉的运行资料
山东活性炭 再生装置也几乎都是多层炉。多层炉的特征是可以长时间稳定而连续运转,往往可连续运转一年左右,而且能长时间在25%~的广范围负责范围内稳定运转*)。一旦多层炉开始运转并达到稳定状态后,在运转方面则几乎不需再另外花费劳动力。虽然为预防事故、仍需进行必要的日常运转管理,例如需定时对温度、燃烧器的燃烧情况等进行监测,但是诸如操作阀门及操作燃烧器等调整工作则几乎不需进行。
活性炭的再生损失是活性炭再生炉必然存在的问题,能够对价格昂贵的活性发进行、高回收率、的再生是再生炉设备不断研制开发的目标和动力,通常引起活性炭再生损失的原因有三种:①活性炭在移送过程中的粉化损失。②委托再生时出现的装卸搬运损失;③热再生所造成的燃烧损失,再生损失量的多少决定了每年需要补充活性炭数量的多少,为尽可能降低再损先,除了考虑设备及再生条件之外,对再生系统中的活性炭的性质也要进行充分研究,在再生系统中,包括粉化损失、装卸搬运损失及炭烧损失在内的活性
光催化再生法
光催化再生法的原理是利用一定波长范围的光,在某种催化剂存在的条件下,通过光化学反应将吸附质氧化分解,从而使饱和活性炭的吸附性能得到恢复。在水溶液中,光催化剂如锐钛矿型TiO₂等表面受光子激发将产生高反应活性的羟基自由基,可将大部分有机物及部分无机污染物氧化降解,终生成 CO2、H2O等无害或低毒物。目前用于研究的催化剂以TiO2为主,经太阳光照即具有高反应活性。此法主要是在颗粒活性炭上负载锐钛矿型TiO2光催化剂,使TiO2的光催化性能和活性炭的吸附性能结合起来。由于活性炭的吸附作用,其表面污染物浓度高,因此有利于光催化反应的快速进行,从而将污染物原位降解,达到使活性炭再生的目的。
但是活性炭的使用环境很复杂,在使用过程中可能会因某些较为复杂的因素(例如高温和某些基团的积累)造成光催化剂因“中毒”而失效,所以研究人员开展了很多关于光催化失活的研究。光催化再生型活性炭在其吸附达到饱和后直接经紫外光照射甚至日光辐射即可实现原位再生,不需要其他操作,能耗低,而且再生工艺简单,设备操作容易,生产规模可以随意控制。因此对光催化再生的研究具有重要意义。但该方法耗时长,而且可能由于活性炭自身强烈
三、高世界
座容界盘体(S(F)是指狐度和压力都弛于锥慕,多在常非常压下溶前度极低的物员在亚临界成是冠巷羔容帆中都奚崔豪强本皮杰移剂在题临界状态下时,压力热物小散安可造或容量求侧部变,利用这种性质,可将通临界流体作为草装施,通过装市福市各大来宝蒸员的分离,即通临界流体草取技术(SFE),英冠容易发术草艺术用干级供发的再生是利用SCF作为溶剂将吸时在活性废上的有机方会容事于P之中、根据流体性质对于温度和压力的依数,将有机物与SF有数分,您多耳生的目热,这是20世纪 70年代末开始发展的一项新技术,现生过非按作也可连续操作。
通过理论分析与实验结果,已证明SCF再生方法在以下是个方面优于角抗的活性炭再生方法:①再生温度较低:@不改变吸附吸的化学性质知道住发的原有结构,既便于回收吸附质又可使活性废无损耗。它可连续化操作。
,在某种催化剂存在的条件 @SCF再生设备占地面积小、操作周期短,并且可以大大节约能票,但是微
和活性发的吸附性能得到值 样存在以下问题:①可采用 SCF再生的有机物种类十分有限、限制了谁技术
面受光子撒发将产生高反应 地广泛应用:@由于超临界流体于CO:、使得活性发再生过程变到果想;
污染物氧化降解,终生成 OSCF再生理论研究方面,包括热力学和动力学等尚缺乏必要的教据、老将
剂以 TiO:为主,经太阳光 进一步深入研究:④SCF再生于实验研究、中试和工业规模研究亟局进
负载锐钛矿型 TiO:光催化 行,以推进该技术实际应用的进程。
起来,由于活性炭的吸附 同济大学的陈皓等对工业废水中的典型污染物苯进行了破临界 C0单酸
的快速进行,从而将污染 再生活性炭研究、考察了温度、压力、CO:流速、活性废粒度、银环再生次数
等因素对再生效率和再生速率的影响。结果表明超临界二氧化敬对于活性炭中
的苯面生曾果
山东活性炭电化学再生法
电化学再生法是一种新型活性炭再生技术,也是目前活性炭再生领域的研究热点之一[4],电化学再生的工作原理如同电解池的电解,即在电解质存在的条件下使吸附质脱附并氧化,从而使活性炭得以再生。该方法将活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,通以直流电场,活性炭在电场作用下极化,一端呈阳性,另一端呈阴性,从而形成微电解槽,在活性发的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应,大部分吸附在活性炭上的有机物将因此而分解,其余少部分将因电泳力的作用而发生脱附,其工艺流程如图 4-9所示。厦门大学化学工程系张会平、傅志鸿等研究分析认为,活性炭的电化学再生过程中包括电脱附、NaOH再生、NaCIO化学氧化等过程,实验结果表明,电化学法再生活性炭效率可达到90%[14]。此外,还有研究表明再生位置、电解质NaCI浓度、再生电流和再生时间对再生效果感有不同程度的影响。