CN105107461B - 一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电晕‑介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，属于活性炭再生技术领域。本发明以某汽车4S店空气净化废弃后的柱状活性炭为原料，经离子体反应器检测及参数设定、装料及净化、吹脱与尾气处理等简单工艺实现活性炭再生。本发明以空气为气源，廉价易得，操作简单，具有低温不破坏活性炭结构、高能粒子流动不受阻、装置实现放电与再生一体化、无需人工搅拌、再生效率高等优点。本发明方法可广泛应用于柱状活性炭再生，也可广泛应用于粉末状活性炭、球状活性碳以及活性炭纤维的再生。
Description
技术领域
本发明属于活性炭再生技术领域，具体涉及利用电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法。
背景技术
活性炭具有内部孔结构发达、比表面积大、可再生使用等特点，是目前最常用的吸附剂，广泛应用于有毒有害(废)气体治理、污(废)水治理以及饮用水净化等。但活性炭吸附饱和后需再生才能循环使用。活性炭再生是指，保持活性炭原有结构不变，运用物理或者化学方法除去活性炭表面及孔道吸附质，恢复其吸附性能、达到循环使用的一种方法。低温等离子体宏观上呈电中性，因其具有处理效率高、适应性强和操作简单等特点，是近年来新起的一种废气处理技术。将低温等离子体技术应用到活性炭再生对降低活性炭使用成本、减少活性炭的二次环境污染具有重要意义。
现有活性炭再生的方法，如2009年9月16日公布的公开号为CN101530784A的介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置，该发明利用介质阻挡放电等离子体发生器产生的活性物质氧化和紫外光物理效应透过低压网孔电极辐照填充床内部的活性炭，处理活性炭上吸附有机污染物，从而实现恢复活性炭吸附性能。该发明的主要缺点在于：(1)活性炭放置于等离子体放电***外侧，造成等离子内部空间浪费，增加活性物质的流动损耗，降低活性炭再生的能效；(2)该发明为使紫外光物理照射充分，使用了低压网孔电极，这就要求活性碳填充床和低压电极距离尽可能小，限制了填充床底层活性碳的照射效果，降低活性炭再生的能效；(3)放电等离子体流光的高温效应对活性炭有烧蚀现象，减小活性炭孔容，降低活性炭再生后吸附效果；(4)该发明装置需采用机械或人工搅拌，保障活性炭填充床中活性炭受等离子体作用均匀，增加处理工序，进而增加人工成本。
发明内容
本发明的目的是，针对现有活性炭再生处理方法的不足，提供一种常温常压下电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，具有低温不破坏活性炭结构、高能粒子流动不受阻、装置实现放电与再生一体化、无需人工搅拌、再生效率高等优点，再生后活性炭具备比表面积大，吸附性能强等特点。
本发明的机理是：本发明采用的自制改装的电晕-介质阻挡低温等离子体反应器为活性炭再生装置，空气经等离子体反应器放电击穿后，在高压电场作用下产生大量具有很高内能和动能的高能电子、自由基及臭氧，如O* 2、O、OH、O3和N*等，这些高能粒子与活性炭吸附的有机污染物发生直接撞击和间接氧化反应，降解和去除有机污染物，从而恢复活性炭吸附性能，实现活性炭再生。该方法与现有技术相同的是保留了介质阻挡等离子放电产生活性物质，改进之处是，采用电晕-介质阻挡协同放电低代替单一的介质阻挡放电，提高高能粒子产生量及其能量，增大与有机污染物发生直接撞击和间接氧化几率，提高活性碳再生效率。
实现发明目的的技术方案是：一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，以重庆某汽车4S店空气净化废弃后的活性炭为原料(主要含有环氧树脂、丁醇、乙二醇单丁醚等有机物)，经离子体反应器检测及参数设定、装料及净化、吹脱与尾气处理等简单工艺实现活性炭再生。所述方法的具体步骤如下：
(1)离子体反应器检测及参数设定
第(1)步骤，先打开钢瓶减压阀0.2～1.4MPa，通过转子流量计通入空气流速为0.7～3.0L/min的空气，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅。打开电源，调节电压为8～11KV，通电10～30s后，臭氧分析仪器检测反应器中O3生成后，表明反应器中有高能粒子产生。设置电压范围值为8～11kV后，关闭电源。
(2)装料及净化
第(1)步骤完成后，将待再生的活性炭于室温晾干，过筛，分离得柱状活性炭和活性炭细屑，分别分装。称取柱状活性炭0.5～2.0g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中。再次打开电源，使高能粒子与活性炭吸附的有机物发生氧化反应，单位能量臭氧生成量达52.14～68.14mg/kw·h。放电处理20～100min后，关闭反应器电源。
(3)吹脱及尾气处理
第(2)步骤完成后，调节转子流量计，按吹脱时间(min)：风量(L/min)：活性炭质量(g)比为0.33～1.07L/g控制风速，通入空气吹脱活性炭表面残留的气体氧化物。将气体氧化物和未反应完的高能粒子气体同时导入装有尾气吸收液的装置，检测臭氧浓度达标后，关闭气阀。所述尾气吸收液是过饱和Ca(OH)2和KI水溶液。再生后所得活性炭平均粒径为2.15～2.62nm，比表面积再生率是原有活性炭的83.59～101.74％。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
(1)本发明采用的电晕和介质阻挡协同放电，避免了活性炭烧蚀，活性炭可反复多次再生。电晕放电和介质阻挡协同放电，其条件为常温常压，减少了放电等离子体流光的高温效应对活性炭的烧蚀，避免活性炭原有孔径与孔容的损耗；再生后活性炭平均粒径为2.15～2.62nm，最佳为2.54nm，与同批次商品级活性炭平均粒径2.54nm一致，活性炭性能未因再生处理而改变。
(2)本发明采用的电晕和介质阻挡协同放电，提高了能粒子产生量大，活性炭再生效率高。电晕和介质阻挡协同作用，高能粒子如电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等，使反应器高能粒子数量和能量增加，仅单位能量臭氧生成量达52.14～68.14mg/kw·h，再生后活性炭比表面积再生率是原有活性炭的83.59～101.74％，充分去除有机吸附质。
(3)本发明采用的一体化装置，缩减活性炭再生的运行成本。采用电晕-介质阻挡低温等离子体反应器与活性炭再生反应的一体化装置，实现同一空间进行放电反应和活性炭再生反应，不仅减少放电产生的高能粒子的流动阻力、避免高能粒子的逸散，还缩减高能粒子与活性炭污染物接触时间，同时节约反应装置空间，减少反应装置占地面积，从而缩减反应器运行成本。
(4)本发明以空气为气源，廉价易得，操作简单，无臭氧逸散，方法绿色环保。本发明方法可广泛应用于柱状活性炭再生，也可广泛应用于粉末状活性炭、球状活性碳以及活性炭纤维的再生。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法的具体步骤如下：
(1)离子体反应器检测及参数设定
第(1)步骤，先打开钢瓶减压阀0.4MPa，通过转子流量计通入空气流速为2.0L/min的空气，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅。打开电源，调节电压为10KV，通电20s后，臭氧分析仪器检测反应器中O3生成后，表明反应器中有高能粒子产生。设置电压范围值为10kV后，关闭电源。
(2)装料及净化
第(1)步骤完成后，将待再生的活性炭于室温晾干，过筛，分离得柱状活性炭和活性炭细屑，分别分装。称取柱状活性炭1.0g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中。再次打开电源，使高能粒子与活性炭吸附的有机物发生氧化反应，其中单位能量臭氧生成量达57.83mg/kw·h。放电处理40min后，关闭反应器电源。
(3)吹脱及尾气处理
第(2)步骤完成后，调节转子流量计，按吹脱时间(min)：风量(L/min)：活性炭质量(g)比为0.50L/g控制风速，继续通入空气吹脱活性炭表面残留的气体氧化物。将气体氧化物和未反应完的高能粒子气体同时导入装有尾气吸收液的装置，检测臭氧浓度达标后，关闭气阀。所述尾气吸收液是过饱和Ca(OH)2和KI水溶液。再生后所得活性炭平均粒径为2.54nm，比表面积再生率是原有活性炭的101.74％，吸附初浓度为100mg/L的亚甲基蓝的吸附率为97.61％。
实施例2
一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，同实施例1，其中：
第(1)步骤中，钢瓶减压阀0.2MPa，空气流速为0.7L/min，电压调节为8KV，通电时间为30s，电压设置为8kV。
第(2)步骤中，柱状活性炭2.0g，单位能量臭氧生成量为52.14mg/kw·h，放电处理时间为20min。
第(3)步骤中，吹脱时间(min)：风量(L/min)：活性炭质量(g)比为1.07L/g，再生后所得活性炭平均粒径为2.62nm，比表面积再生率是原有活性炭的83.59％，对亚甲基蓝的吸附率为93.30％。
实施例3
一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，同实施例1，其中：
第(1)步骤中，钢瓶减压阀1.4MPa，空气流速为3.0L/min，电压调节为11KV，通电时间为5s，电压设置范围值为11kV。
第(2)步骤中，柱状活性炭0.5g，单位能量臭氧生成量为68.14mg/kw·h，放电处理时间为100min。
第(3)步骤中，吹脱时间(min)：风量(L/min)：活性炭质量(g)比为0.33L/g，再生后所得活性炭平均粒径为2.15nm，比表面积再生率是原有活性炭的87.53％，对亚甲基蓝的吸附率为94.81％。
实验结果
1.不同工作电压对再生活性炭粒径及比表面积影响
表1不同工作电压的再生活性炭粒径及比表面和
2.U＝10kV下不同工作时间对再生活性炭粒径及比表面积影响
表2不同再生时间的活性炭粒径及比表面积
3.U＝10kV下不同工作时间对再生活性炭粒径及比表面积影响
表3不同再生时间的活性炭粒径及比表面积
Claims (4)
1.一种电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：
(1)离子体反应器检测及参数设定
第(1)步骤，先打开钢瓶减压阀0.2～1.4MPa，通过转子流量计通入空气流速为0.7～3.0L/min的空气，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅，打开电源，调节电压为8～11KV，通电10～30s后，臭氧分析仪器检测反应器中O3生成后，表明反应器中有高能粒子产生，设置电压范围值为8～11kV后，关闭电源；
(2)装料及净化
第(1)步骤完成后，将待再生的活性炭于室温晾干，过筛，分离得柱状活性炭和活性炭细屑，分别分装，称取柱状活性炭0.5～2.0g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中，再次打开电源，使高能粒子与活性炭吸附的有机物发生氧化反应，单位能量臭氧生成量达52.14～68.14mg/kw·h，放电处理20～100min后，关闭反应器电源；
(3)吹脱及尾气处理
第(2)步骤完成后，调节转子流量计，按吹脱时间(min)∶风量(L/min)∶活性炭质量(g)比为0.33～1.07min2/gL控制风速，通入空气吹脱活性炭表面残留的气体氧化物，将气体氧化物和未反应完的高能粒子气体同时导入装有尾气吸收液的装置，检测臭氧浓度达标后，关闭气阀，所述尾气吸收液是过饱和Ca(OH)2和KI水溶液，再生后所得活性炭平均粒径为2.15～2.62nm，比表面积再生率是原有活性炭的83.59～101.74％。
2.根据权利要求1所述的电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，其特征在于：
第(1)步骤中，钢瓶减压阀为0.4MPa，空气流速为2.0L/min，电源电压调节为10KV，通电时间为20s，设置电压范围值为10kV；
第(2)步骤中，柱状活性炭1.0g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中，反应器单位能量臭氧生成量达57.83mg/kw·h，放电时间为40min；
第(3)步骤中，吹脱时间(min)∶风量(L/min)∶活性炭质量(g)比为0.50min2/gL，再生后所得活性炭平均粒径为2.54nm，比表面积再生率为原有活性炭的101.74％，对亚甲基蓝的吸附率为97.61％。
3.根据权利要求1所述的电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，其特征在于：
第(1)步骤中，钢瓶减压阀0.2MPa，空气流速为0.7L/min，电源电压调节为8KV，通电时间为30s，电压设置为8kV；
第(2)步骤中，柱状活性炭2.0g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中，反应器单位能量臭氧生成量为52.14mg/kw·h，放电处理时间为20min；
第(3)步骤中，吹脱时间(min)∶风量(L/min)∶活性炭质量(g)比为1.07min2/gL，再生后所得活性炭平均粒径为2.62nm，比表面积再生率是原有活性炭的83.59％，对亚甲基蓝的吸附率为93.30％。
4.根据权利要求1所述的电晕-介质阻挡协同放电再生处理活性炭的方法，其特征在于：
第(1)步骤中，钢瓶减压阀1.4MPa，空气流速为3.0L/min，电源电压调节为11KV，通电时间为5s，电压设置范围值为11kV；
第(2)步骤中，柱状活性炭0.5g，放置于按照第(1)步骤检测及参数设定的离子体反应器中，反应器单位能量臭氧生成量为68.14mg/kw·h，放电处理时间为100min；
第(3)步骤中，吹脱时间(min)∶风量(L/min)∶活性炭质量(g)比为0.33min2/gL，再生后所得活性炭平均粒径为2.15nm，比表面积再生率是原有活性炭的87.53％，对亚甲基蓝的吸附率为94.81％。
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