CN115676827A - 一种钙基调控处理废活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于节能环保技术领域，具体公开了一种钙基调控处理废活性炭的方法，在废活性炭中加入CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂输送到回转窑式活化炉内进行高温活化，采用分区控温的方法实现废活性炭在不同区域的预热、碳化和活化，控制颗粒炭损失≤5%、粉炭损失≤15%。CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂可以催化碳与水蒸气的活化反应，大大提升废活性炭的活化效率，使制备的活性炭具备很强的吸附性能。本发明方法可高效、低成本再生废活性炭，对于工业上大规模再生废活性炭具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种钙基调控处理废活性炭的方法。
背景技术
活性炭在环保、食品、能源等工业领域获得了广泛的应用，但由此产生的大量废活性炭容易引起环境的二次污染，废活性炭再生技术能有效回收废活性炭。目前，国内外对活性炭的再生方法主要有化学药剂再生、生物再生、湿式催化氧化再生法和加热再生法等，但分别存在催化剂稳定性低、去除效率低和成本高等问题。因此，研究新的废活性炭再生技术，降低废活性炭再生成本，对节约活性炭资源和保护环境具有重要意义。
对于废活性炭再生技术的最新研究包括以下几种：
阿曼达·拉拉萨蒂等发表了《颗粒活性炭的化学再生:替代再生溶液的初步评价》[J].环境科学:水研究技术，2020, 6, 2043-2056（Amanda Larasati, Geoffrey D.Fowler and Nigel J. D. Graham. Chemical regeneration of granular activatedcarbon: preliminary evaluation of alternativeregenerant solutions[J].Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2020, 6, 2043–2056）。化学药剂再生法利用化学药剂与活性炭内吸附质之间的化学反应使吸附质解吸，使活性炭再生，工艺简单。氢氧化钠、乙醇以及氢氧化钠和乙醇的混合物对包括代表性芳香族化合物苯酚和硝基苯、二氯吡啶和乙醛等污染物进行解吸，NaOH/CH3CH2OH溶液对疏水和亲水化合物都具有解吸能力。NaOH/CH3CH2OH再生液的解吸效率约为40-90%，其效率取决于污染物。但再生的废活性炭的吸附性能只能恢复到较低程度，很难完全再生。
田琳等发表了《活性炭和沸石对氨氮的吸附特性及生物再生》[J].环境工程学报，2012,6(10):3424-3428。生物再生法适用于容易生物降解的有机物的分解去除。处理含氨氮污水的活性炭达到吸附饱和后采用富集筛选的高效降解氨氮的微生物进行原位生物再生，活性炭NH4 +-N浓度比再生前降低17.31mg /L，生物的代谢过程使活性炭吸附性能得以恢复，活性炭可以重复利用，从而节约材料、降低成本。但是生物分解速率太慢，再生速率受温度、水质等的影响，再生时间长。
维嘉·埃斯特等发表了《湿式过氧化物氧化法再生恶臭硫化物-废气活性炭:化学表面特性的影响》[J].工艺安全和环境保护,2021,156（Vega Esther,Valdés Héctor.Regeneration of odorous sulphur compound-exhausted activated carbons usingwet peroxide oxidation: The impact of chemical surface characteristics[J].Process Safety and Environmental Protection,2021,156:）。美国公司研制成的湿式催化氧化再生法主要应用于粉末状活性炭的再生。使用湿式过氧化氢对二甲基硫化物(DMS)废气活性炭(ACs)再生，再生效率可达60%，但再生后的活性炭催化活性大幅降低。湿式催化氧化再生法的再生效率与催化剂、反应时间、温度等有很大的关系。
加热再生法是发展历史最长应用最广泛的一种再生方法，加热再生过程是利用活性炭中的吸附质能够在高温下从活性炭孔隙中解吸的特点，使吸附质在高温下解吸，打开活性炭原来被堵塞的孔隙，恢复其吸附性能。加热再生法再生的炭机械强度下降严重，在热再生过程中，需要解决如何防止炭粒相互粘结、烧结并造成局部起火或堵塞通道，甚至导致运行瘫痪的问题。
综上所述，现有的废活性炭再生技术仍然存在再生时间长、再生炭品品质低等问题，还不能有效实现节能、低成本等目标。如何进一步降低废活性炭的再生成本，达到规模化生产的要求仍然是当下的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种钙基调控处理废活性炭的方法，相对传统的废活性炭再生方法具有处理量大、再生效率高、再生炭品品质高和能耗低等优势，可以大大降低生产成本，对于实现废活性炭的重复利用具有重大意义。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种钙基调控处理废活性炭的方法，步骤如下：
（1）将废活性炭进行破碎粉化、筛分、压条成型，然后输送到回转窑式活化炉内，同时加入助剂，所述助剂为CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂，所述助剂与废活性炭的质量比为（0.5-3）：（93-97）；
（2）上述混合物料在回转窑式活化炉内搅拌均匀，在无氧或隔氧气氛下升温至700-760℃；
（3）混合物料在反应炉内翻转前进，进入中温区升温至780～850℃；继续翻转前进，进入高温区升温至850～900℃；所述中温区和高温区内加入水蒸气；
（4）废活性炭再生，在回转窑式活化炉内停留时间为1.5-3h。
所述回转窑式活化炉左低右高，整体倾斜，具有约（3°-6°）的倾角，炉体两端支撑，炉筒以1-2.5r/min速度自转。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
使用回转窑式活化炉对废活性炭进行高温活化，采用分区控温的方法，可实现炉内废活性炭在不同区域的预热、碳化和活化。加入水蒸汽作为活化剂与碳在高温下反应来进行高温活化，在高温去除前驱体材料中可分解的物质的同时，活化剂进一步与碳反应，从而产生发达的孔隙结构及巨大的比表面积，使制备的材料具有很强的吸附性能。CaO、Fe2O3、MgO、SiO2、胺基活性剂可以通过降低反应活化能、提高反应级数而催化碳与水蒸气的气化反应，而炭材料活化造孔的本质是碳的部分气化，因此CaO、Fe2O3、MgO、SiO2、胺基活性剂对活化过程具有明显的催化作用，可以大大提升废活性炭的活化效率，控制颗粒炭损失≤5%、粉炭损失≤15%。对于工业高效低成本回收废活性炭具有重要的工程应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明为了克服现有的废活性炭再生技术仍然存在再生时间长，再生炭品品质低和成本高等问题，提供了一种钙基调控处理废活性炭的方法。
本发明采用的胺基活性剂为本领域常规选择，市售购得，如己二胺、乙醇胺等。
实施例
一种钙基调控处理废活性炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废活性炭进行破碎粉化、筛分、压条成型，然后输送到回转窑式活化炉内，同时加入助剂CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂，所述助剂与废活性炭的质量比为（0.5-3）：（93-97）。
回转窑式活化炉左低右高，整体倾斜，具有约（3°-6°）的倾角，炉体两端支撑，炉筒以1-2.5r/min速度自转。
自转时物料从窑头向窑尾移动。自密封连续进料方式，通过调节转速、主轴倾角和螺旋升程可控制物料的停留时间，适应不同颗粒度、不同类污染物和投料量的废活性炭的再生操作，具有高效、处理量大和自适应的特点。
回转窑式活化炉筒体内部设置搅拌板，自转时完成活性炭的搅拌，实现炉内废活性炭与CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂的高效掺混，使活化更加均匀充分。
回转窑式活化炉外加热室交错设置有多个火嘴，实现分区控温。温区Ⅰ温度为700-760℃，温区Ⅱ（中温区）温度为780～850℃，温区Ⅲ（高温区）温度为850-900℃。
(2)上述混合物料进入反应炉内后，在无氧或隔氧气氛下升温至700～760℃，废活性炭进行预热，废活性炭水分蒸发，同时吸附的低组分VOCs现行挥发、分解。
(3)混合物料在反应炉内翻转前进，进入中温区升温至780～850℃，中温区内加入水蒸气。随温度升高，不同的有机物分别以挥发、碳化、氧化和分解的形式从活性炭的基质上消除，再生炭的吸附恢复率在此阶段已达到 60%～85%。
(4)混合物料继续在反应炉内翻转前进，进入高温区升温至850～900℃，高温区内加入水蒸气。有机物形成的部分碳化物残留在活性炭微孔中，此时碳化物与水蒸汽等氧化性气体进行活化反应，同时CaO等对活化反应具有催化作用，大大增强了活化反应的效率。碳化物气化成CO2和CO等气体，微孔表面污染物得到深度清理，碳化物的孔结构更加发达，活性炭恢复其吸附性能。
(5)废活性炭在回转窑式活化炉内停留时间为1.5-3h。
经检测，再生后的活性炭吸附能力达到新炭的标准，碘吸附值1000mg/g以上，苯吸附值≥500mg/g，正丁烷工作容量≥15g/100mL，球盘强度≥90%，表面润湿角>120°，水分≤5%，加热再生过程中颗粒炭损失≤5%。
Claims (2)
1.一种钙基调控处理废活性炭的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将废活性炭进行破碎粉化、筛分、压条成型，然后输送到回转窑式活化炉内，同时加入助剂，所述助剂为CaO、Fe2O3、MgO、SiO2和胺基活性剂，所述助剂与废活性炭的质量比为（0.5-3）：（93-97）；
（2）上述混合物料在回转窑式活化炉内搅拌均匀，在无氧或隔氧气氛下升温至700-760℃；
（3）混合物料在反应炉内翻转前进，进入中温区升温至780～850℃；继续翻转前进，进入高温区升温至850～900℃；所述中温区和高温区内加入水蒸气；
（4）废活性炭再生，在回转窑式活化炉内停留时间为1.5-3h。
2.根据权利要求1所述的钙基调控处理废活性炭的方法，其特征在于：所述回转窑式活化炉主轴倾角为3°-6°，炉筒以1-2.5r/min的速度自转。
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