張治權 李彥樟 陳建利 張崇文 張群

摘 要

活性炭是一種被廣泛使用的吸附劑，但其廢棄后會造成資源浪費、二次污染等問題，故對活性炭再生進行研究具意義重大。本文介紹了幾種活性炭的再生方法，并各自分析了它們的優(yōu)缺點。廢核級活性炭給電站處理固體廢料帶來巨大壓力，需要尋找合適的辦法進行減容處理，但當前的核級活性炭再生方法僅處于理論與試驗階段。

關鍵詞

活性炭;再生;廢核級

中圖分類號： TQ424.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.058

0 引言

活性炭有著旺盛的孔隙結構及比表面積，具有良好的化學穩(wěn)定性，方便再生，吸附能力強。廣泛應用于吸附，食品，醫(yī)療，催化，儲能等生活各個領域。但活性炭的使用壽命短且成本高，一旦其吸附飽和的話，容易在高溫環(huán)境下再釋放形成二次污染。由于這些問題的出現(xiàn)，活性炭在各領域中的使用被很大程度限制。因此，為了活性炭能夠重新利用，需要探索出活性炭的再生手段，以便節(jié)約資源。

采用一定的理化或生物方法，在不損害活性炭原有結構的前提下，恢復其大部分吸附能力，使其能夠再利用于吸附過程的目的，這就是活性炭的再生[1]。本文主要介紹國內外對活性炭再生方法近些年來的研究，同時對其優(yōu)勢和不足進行對比。

1 活性炭的再生方法

1.1 熱再生法

活性炭高溫熱再生的方法是對活性炭進行升溫處理，高溫炭化其中的有機物，最中轉化為從孔隙中逸出的氣體，此時的活性炭得到重生[2]。熱再生法通常經過3個階段分別為干燥、炭化以及活化。在干燥階段，通過蒸發(fā)的方式有效去除活性炭吸附的水和低沸點有機物等揮發(fā)性成分;炭化過程中，吸附在活性炭上的有機物的一部分被分解，以小分子形式氣化脫離去除，剩余的有機物則被固定在活性炭上。最后活化過程，溫度升至850℃，通水蒸氣、二氧化碳等氣體進行活化反應，生成的一氧化碳、二氧化碳、氫氣等從活性炭上分解脫附，使活性炭重獲吸附能力。加熱再生法是工業(yè)上應用最多、技術最純熟的一項方法，對于廢活性炭再生率高，再生徹底且無廢液產生。但再生過程中，改變活性炭表面結構極易發(fā)生改變，對炭損失較大，對設備要求也十分嚴格，從而增加了投資運營成本，一旦操作不當還容易造成炭粒粘連。

1.2 溶液再生法

活性炭、溶劑、被吸附質三者之間存在相平衡關系，溶液再生法就是通過變溫、變溶液的酸堿度等手段，打破三者間吸附平衡關系，最終使得吸附物質能夠脫附下來。該方法破壞性很小，故通常應用于貴重產品回收，但一種萃取溶劑只能脫附一些特定種類的污染物，如果被吸附物種類成分復雜，就需要多種萃取劑共同作用。同時，還需要使用腐蝕性較弱的化學溶劑，如果其腐蝕性強，就會腐蝕活性炭表面，破壞其孔隙結構，這樣對吸附容量有很大的影響。

1.3 生物再生法

生物再生法是將培養(yǎng)的微生物降解吸附在活性炭表面的有機污染物，通過微生物的作用，有機物最終氧化分解為二氧化碳和水。生物再生法僅對能夠被分解的污染物有效果，如果吸附質不能生物降解，則不能夠應用此方法。此方法應用前途廣，操作簡單，不破壞活性炭結構，減少了化學試劑使用;但卻需要專門培養(yǎng)微生物，同時再生時間久，多次循環(huán)后效率出現(xiàn)下降。

1.4 催化濕式氧化法

催化濕式氧化再生法的發(fā)展基礎是熱再生法。它是活性炭表面上吸附的有機污染物會在高溫高壓條件下脫附，然后擴散至溶液中，通過注入空氣，產生的羥基自由基，將脫附下的有機物氧化的一種再生方法[3]。由于高溫高壓條件耗能較高，所以經過不斷研究探索，引入了催化濕式氧化法。投加催化劑能夠有效促進活性炭再生，即為催化濕式氧化再生法。同其他活性炭再生方法比較，這種方法一旦選擇好合適的催化劑，可大幅降低能耗及反應時間。但是其再生效率不高（約為50%），所需設備對耐腐蝕性耐高溫要求高，所產生的廢氣也要再處理[4]。

1.5 電化學再生法

電化學再生法在顆?；钚蕴可蠎脧V泛，目前仍處于研究階段。其原理是將失效活性炭填充兩主極之間，在電解液內通入直流電場，由于電場的作用，活性炭兩端呈現(xiàn)出相反的極性，發(fā)生化學反應，活性炭表面吸附的污染物大部分被分解，剩余部分則直接脫附[5]。電化學再生法中，活性炭再生效率高，污染小，多次再生效率降幅很小，操作簡便價。但再生所需要的能耗較大，影響因素也很多，因此未能實現(xiàn)工業(yè)化。

2.6 超聲波再生法

在吸附滿的活性炭表面施加能量，被吸附的物質就會因此而發(fā)生脫附，此時活性炭再生。超聲波再生法為用超聲波通入活性炭吸附面，再吸附面上形成高能量的“空化泡”，“空化泡”在溶液中不斷變大，裂變成小氣泡，在這些小氣泡表面和內部形成部分高溫、高壓，致使水分裂成羥基自由基，同時高壓分離表面的有機污染物。超聲波再生法僅再局部需要能量，耗能低，利于回收有價值的物質。但是活性炭孔徑會影響吸附效率，實驗研究發(fā)現(xiàn)，活性炭再生率低，不足五成。

2.7 微波輻射再生法

微波輻射再生法同樣依據熱再生法原理發(fā)展而來?；钚蕴课降奈廴疚铮瘴⒉芰娪谄浔旧?，故利用微波作用產生高溫，吸附在活性炭表面的污染物一部分會炭化，另一部分則燃燒分解[6]。微波輻射再生的優(yōu)點是能耗低，加熱時間短，活性炭再生的效率高，但是對設備要求十分苛刻，同時存在分解物質不能及時排出等問題，并且在脫附過程中，是否會產生其他中間產物尚不得知。

2.8 超臨界流體再生法

超臨界流體再生法是將物質在超臨界狀態(tài)下，通過壓力或溫度的變化，改變物質的溶解度，使其脫附于活性炭表面，最終達到再生。目前僅僅使用二氧化碳作為超臨界流體，因為其臨界溫度臨界壓力均不高，且無污染，我們還需要去尋找更多的超臨界流體，以便此方法得以發(fā)展。超臨界流體再生法優(yōu)點是不改變吸附質原有性質，活性炭再生效率高且損失小，其物質性質不受改變，但其缺點是需要設備耐高溫，所以目前該技術仍處于試驗階段[7]。

3 廢核級活性炭的再生方法探究

核電廠反應堆在運行時會產生各類氣載放射性污染物，其中放射性碘對人體最具威脅，這些放射性碘以碘單質，有機碘等形式存在，為了盡量減少其排放至大氣，就需要碘吸附器作為放射性碘的吸附裝置進行吸附，碘吸附器中的主要物質就是核級活性炭。我國的核級浸漬活性炭，主要原料為椰殼活性炭，通過在其中添加少量比例的三乙烯二胺（TEDA）和碘化鉀（KI）等浸漬物制得。核級活性炭的存在大大降低了核電站的風險，但由于活性炭在核電站廢物處理領域中應用越來越廣泛，飽和后具有放射性的廢核級活性炭將成為二次核廢物。資料表明，目前我國廢核級活性炭的存積量已經達到數(shù)百噸，而且每年以數(shù)十噸的數(shù)量持續(xù)增加。如果以這樣的速度繼續(xù)增長下去，將會給我國核廢物處理帶來巨大壓力，故需要研究出安全有效的處理方法對核級活性炭進行處理。

本文前面已經討論出活性炭的再生方法，如若廢核級活性炭可以再生處理，則會大大降低二次廢物的產生。目前國內外對核級活性炭再生研究的較少，張昭辰[8]等利用熱空氣吹脫法對廢核級活性炭上的有機吸附物進行去除，但其選用的活性炭僅僅是自制廢核級活性炭，并未選用核電站廢核級活性炭，同時也未考慮再生過程中放射性核素的收集問題。因此，廢核級活性炭的再生目前僅僅停留在理論和試驗階段，再生設備復雜，放射性核素收集難度大是存在的主要問題，如何解決以上問題，仍需要我們不斷探索。

4 結

目前我國年活性炭產量達到約70萬噸，其中煤質活性炭產量約為45萬噸，其主要用于水處理與空氣凈化。如何將吸附飽和的活性炭進行再生處理對環(huán)境保護以及經濟可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。同時對廢核級活性炭的再生處置已成為國際共識，此再生方法研究仍是目前我國需解決的主要問題。

參考文獻

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