活性炭再生

2011年化學系短學期

邯鄲學院化學系實驗論文

題目活性炭溶劑法再生

學生楊永博劉艷凱

指導教師王建森教授

年級2009級

專業(yè)化學本科

邯鄲學院化學系

2011年7月

活性炭溶劑法再生實驗

2011年化學系短學期

楊永博劉艷凱2009級化學本科指導老師：王建森教授

關鍵詞：活性碳溶劑再生灰分含量吸附性鐵含量

一、概述

木質(zhì)活性炭外形為黑色粉末狀，經(jīng)高

溫炭化、活化及多種工序精制而成，具有

比表面積大、活性高、微孔描寫春天的故事 發(fā)達、脫色力

強、孔隙結(jié)構(gòu)較大等特點，孔隙結(jié)構(gòu)大，

能有較吸附液體中的顏色等較大的各種物質(zhì)、雜質(zhì)。主要用于食

品、酒類、油類、飲料、染料、化工、自來水凈化、污水處理、

藥用活性炭等各種用途脫色。

活性炭作為當今社會中常見且實用的吸附試劑，目前在環(huán)境保

護、工業(yè)與民用方面已被大量使用,并且取得了相當?shù)某尚?然而活

性炭在吸附飽合被更換后,使用單位均將其廢棄,掩埋或燒掉,造成

資源的浪費和對環(huán)境的再污染。面對當今世界的資源日益匱乏，

為了更進一步的增老友記臺詞 強其利用價值，降低成本，我們可對其進行再生循

環(huán)利用。常用的活性炭再生有以下幾種方法：

1、熱再生法

熱再生法是目前應用最多,工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法。

在處理有機廢水后的活性炭在再生過程中,根據(jù)實際情況分為干

燥、高溫炭化及活化三個階段。在干燥階段,主要除去活性炭上的

可揮發(fā)成分；高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機物沸

騰、汽化脫附,一部分有機物發(fā)生分解反應,生成小分子烴脫附出來,

殘余成分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。熱再生法雖然再生效

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率高、應用范圍廣,但在再生過程中,需要外加能源加熱,投資及運

行費用較高。

2、生物再生法

生物再生法是利用經(jīng)馴化過的細菌,解析活性炭上吸附的有

機物,并進一步消化分解成H2O和CO2的過程。由于活性炭本身

的孔徑很小,有的微生物不能進入這樣的孔隙,通常認為在再生過

程中會發(fā)生細胞自溶現(xiàn)象,即細胞酶流至胞外,而活性炭對酶有吸

附作用,因此在炭表面形成酶促中心,從而促進污染物分解,達到再

生的目的。生物法簡單易行,投資和運行費用較低,但所需時間較長,

受水質(zhì)和溫度的影響很大。

傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外,通常還有三點共

同的缺陷：(1)再生過程中活性炭損失往往較大；(2)再生后活性炭

吸附能力會有明顯下降；(3)再生時產(chǎn)生的尾氣會造成空氣的二次

污染。因此,人們或?qū)鹘y(tǒng)的再生技術(shù)進行改進,或探索全新的再生

技術(shù)。

3、溶劑再生法

溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平

衡關系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將吸附

質(zhì)從活性炭上脫附下來。

溶劑再生法比較適用于可逆吸附,如對高濃度、低沸點有機廢

水的吸附。它的針對性比較強,往往一種溶劑只能脫附某些污染物,

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而水處理過程中的污染物種類繁多,因此一種特定溶劑的應用范

圍較窄。

4、電化學再生法

電化學再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方

法將活性炭填充在兩個主電極之間,在電解液中,加以直流電場,活

性炭在電場作用下極化,一端成陽極,另一端呈陰極,形成微電解槽,

在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應和氧化反應,

吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因電泳力作

用發(fā)生脫附。該方法操作方便且效率高、能耗低,其處理對象所受

局限性較小,若處理工藝完善,可以避免二次污染。

5、超臨界流體再生法

據(jù)最近的研究資料表明,在CO

2

的臨界點附近,再生效率的變

化很大;對未被烘干的活性炭,則需要延長其再生時間。對氨基苯磺

酸而言,CO

2

超臨界流體法再生的最佳溫度為308K,當溫度超過

308K時,再生不受影響;當流速大于1.4710-4m/s時,流速不影響再

生;用HCl溶液處理后,會使活性炭再生效果明顯改善。對苯而言,

再生效率在低壓下隨溫度的下降而降低;在16.0MPa壓力時的最

佳再生溫度為318K;在實驗流速下,再生效率會隨流速加快而提

高。

4、超聲波再生法

由于活性炭熱再生需要將全部活性炭、被吸附物質(zhì)及大量的

水份都加熱到較高的溫度,有時甚至達到汽化溫度,因此能量消耗數(shù)據(jù)庫連接失敗

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很大,且工藝設備復雜。其實,如在活性炭的吸附表面上施加能量,

使被吸附物質(zhì)得到足以脫離吸附表面,重新回到溶液中去的能量,

就可以達到再生活性炭的目的。超聲波再生就是針對這一點而提

出的。超聲再生的最大特點是只在局部施加能量,而不需將大量的

水溶液和活性炭加熱,因而淋巴結(jié)疼 施加的能量很小；并且其只對物理吸附

有效,目前再生效率僅為45%左右,且活性炭孔徑大小對再生效率

有很大影響。

5、微波輻照再生法

微波輻照再生法是在熱再生法基礎上發(fā)展起來的活性炭再生

技術(shù)。其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實現(xiàn)再生。試驗中

的最佳再生效率出現(xiàn)在功率為HI(W),輻照時間約為80s時。比較

極差S可知,對再生后活性炭碘值恢復影響最大的是微波功率,其

次是輻照時間,最后是活性炭的吸附量。微波輻照法再生活性炭的

時間短。能耗低、設備構(gòu)造簡單,具有較好的應用前景。然而,在微

波加熱使有機物脫附過程中,是否有其它的中間產(chǎn)物產(chǎn)生等問題

還有待于進一步研究。

6、催化濕式氧化法

傳統(tǒng)濕式氧化法再生效率不高,能耗較大。再生溫度是影響再

生效率的主要原因,但提高再生溫度會增加活性炭的表面氧化,從

而降低再生效率。因此,人們考慮借助高效催化劑,采用催化濕式氧

化法再生活性炭。同濟大學水環(huán)境控制與資源化研究國家重點實

驗室的科研人員正在開展此方面的研究。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的

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深入人心,活性炭再生工藝與技術(shù)日益得到人們的重視。一些傳統(tǒng)

的活性炭再生技術(shù)與工藝在近幾年有了新的改進與突破。同時新

再生技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。雖然這些新興技術(shù)在工藝路線上還不成

熟,目前尚無法投入工業(yè)使用。但它們的出現(xiàn)為活性炭的再生帶來

了新思路與新探討。

二、實驗部分

本次實驗研究采用的是溶劑再生法

具體操作如下：

1、實驗材料

主要試劑：工業(yè)鹽酸、分析純鹽酸、陽離子交換樹脂、去離子水、亞

甲基藍、硫酸銅溶液、鄰二氮菲、鹽酸羥氨等。

主要儀器：分析天平、馬弗爐、721型分光光度儀、MYB型調(diào)溫電

熱套、烘箱、稱量天平等。

2、實驗步驟

(1)樣品三指標測定

A、標準曲線的測繪分別吸取鐵液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、

6.0、7.0mL于8只50mL容量瓶中，加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液5mL,

鹽酸羥胺溶液2.5mL,1,10-菲啰啉溶液1mL,用水稀釋至標線，搖勻放

置10min，用分光光度計在波長510nm，光徑1cm比色皿中測定吸光

度。以鐵標準溶液的使用量（mL）為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪

制標準曲線。

鐵標液測得標準吸光度數(shù)據(jù)表

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體積mL

01.02.03.04.05.06.07.0

吸光度

0.0560.0980.1450.1800.2250.2600.2940.335

作曲線得：

B、鐵含量測定稱取經(jīng)粉碎的干燥試樣1.0g（稱準至10mg），置

于100mL錐形瓶中，加入稀鹽酸25mL，緩和煮沸5min，稍冷過濾

于100mL容量瓶中，并用熱水分次洗滌濾渣，濾液和洗液合并，冷

卻至室溫，稀釋至標線。取濾液10mL于50mL容量瓶中，加入乙

酸-乙酸鈉緩沖溶液5mL，鹽酸羥胺溶液2.5mL，1,10-菲啰啉溶液

1mL，稀釋至標線，搖勻放置10min呈顏色反應，用分光光度計在波

長510nm下用1cm比色皿測定吸光度；

C、灰分含量測定將150mL瓷坩堝置于馬弗爐中，于（65020）℃

下灼燒至恒重，將坩堝置于干燥器中，冷卻，稱重；稱取經(jīng)粉碎的試

樣5克（稱準至0.1mg），置于150mL已灼燒至恒重的瓷坩堝中；

將坩堝送入溫度不超過300℃的馬弗爐中，打開坩堝蓋，逐漸升高溫

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

012345678

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度，在65020℃灰化至恒重。時間大概為3個小時。計算灰分值，

并得出灰分含量。

D、亞甲基藍吸附值測定稱取經(jīng)粉碎的試樣1.0克（稱準至1mg），

置于100mL的磨口塞的錐形瓶中，用滴定管加入適量亞甲基藍試驗

液，待試樣完全濕潤后，立即振蕩20分鐘，后用濾紙進行過濾。將

濾液置于光徑為1cm的比色皿中，用分光光度計在波長665nm下測

定吸光度，與硫酸銅標準濾色液的吸光度進行對照，所耗用的亞甲基

藍試驗液的毫升數(shù)即為試樣的亞甲基藍吸附值。

實驗樣品三項指標數(shù)據(jù)表

鐵含量%灰分含量%吸附值mL

0.2111.629.80

（2）、用同樣方法對廠家產(chǎn)品進行三項指標的測定；

廠家產(chǎn)品三項指標數(shù)據(jù)表

鐵含量%灰分含量%吸附值mL

0.138.4611.42

(3)、活性炭再生及性質(zhì)檢驗

A、再生過程1分別吸取比例為1:1李賀生平 、1:2、1:4、1:6、1:8、1:9的酸

45mL于6只100mL錐形瓶中，分別加入活性炭樣品1.0g，加熱反

應約4小時，然后對反應液趁熱抽濾，并將得到的固體在烘箱中（100

攝氏度左右）烘干0.5小時；用鐵含量測定方法對產(chǎn)品進行測定并作

數(shù)據(jù)曲線；

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酸體積為45mL時不同酸比例數(shù)據(jù)表

酸比例1:11:21:41:61:81:9

鐵含量%0.180.140.120.100.140.15

作曲線得：

B、再生過程2分別量取比例為1:6的酸30mL、45mL、60mL、75mL

于4只100mL錐形瓶中，分別加入活性炭樣品1.0g，加熱反應約4

小時，然后對反應液趁熱抽濾，并將得到的固體在烘箱中（100攝氏

度左右）烘干0.5小時；用鐵含量測定方法對產(chǎn)品進行測定并作數(shù)據(jù)

曲線；

酸比例為1:6時不同體積數(shù)據(jù)表

作曲線得：

體積mL30456075

鐵含量%0.220.100.130.15

體積45mL時不同比例酸鐵量曲線

0.00%

0.05%

0.10%

0.15%

0.20%

1:01:11:31:41:61:71:91:10

比例

鐵

量

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C、再生過程3稱取活性炭樣品10.0g于250mL錐形瓶中，加入工

業(yè)鹽酸5mL，如此3份，分別加入水100mL，加熱反應1至1.5個小

時；然后對反應液趁熱抽濾，并將得到的固體在烘箱中（100攝氏度

左右）烘干0.5小時；用鐵含量測定方法對產(chǎn)品進行測定并作曲線。

10g樣品4mL酸時鐵量數(shù)據(jù)表

體積mL1（驗證組）平均值

鐵量%0.00810.00960.00910.01360.0101

三、結(jié)論部分

物理性質(zhì)：樣品在實驗前外觀為黑色塊狀；處理后為黑色粉末狀。

本次實驗研究所使用的活性炭中主要雜質(zhì)為鐵，因此選取工業(yè)鹽

酸對活性炭進行再生。通過對比國家行業(yè)標準數(shù)據(jù)后，得出以下結(jié)論：

溶劑再生法可以對木質(zhì)活性炭進行再生，實驗后樣品的鐵含量和灰分

含量有所下降，亞甲基蘭脫色力有所提升。

通過不同再生過程的對比得出：再生過程3為最好的效果，即10g樣

酸1:6時不同體積鐵量表

0.00%

0.05%

0.10%

0.15%

0.20%

0.25%

020406080

體積

鐵

量

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品、5mL酸、100mL水，最終使得活性炭樣品的質(zhì)量提高到行業(yè)標

準以內(nèi)，而且成本低廉，有利于現(xiàn)實生產(chǎn)，可以推廣使用。前兩組雖

然可以減少一定的鐵量，但是考慮實際實際生產(chǎn)1001 ，成本太高，而且最

終效果未能達到行業(yè)標準，因此不能實際實行。

四、參考文獻

1、張會平鐘輝葉李藝。《不同化學方法再生活性炭的對比研究》，

廈門大學化工系；

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工大學環(huán)境科學與工程學院。

9、《中華人民共和國國家標準木質(zhì)活性炭實驗方法》。

附：木質(zhì)活性炭行業(yè)標準

灰分國標：標準設定：≤4.5%

2011年化學清晰的近義詞和反義詞 系短學期

質(zhì)量指

標

GB/T13803.2--1999

Roct6217-74,

1992

(B.P)1999

一級品二級品

灰分%5.05.06.05.0

水分國標：標準設定：≤8.0%

質(zhì)量標

準

GB/T13803.2--1999

Roct6217

Roct8703

Roct23998

一級品二級品

水分5.05.010.05.0

亞甲基蘭脫色力:≥240mg/g鐵：≤0.02%