超临界流体活性炭再生技术

超临界流体活性炭再生技术

提要：根据超临界流体的基本性质，阐明了超临界流体再生活性炭的技术特点及发展趋势。同时，介绍了国外该研究的最新进展，并对其应用前景作了展望。

1 超临界流体再生活性炭的基本原理与技术优势

超临界流体（SCF）的特殊性质和其技术原理确定了它用于再生活性炭的可能性。例如，超临界二氧化碳流体对非极性物质烷烃、中等极性物质包括多环芳烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs），醛类、酯类、醇类、有机杀虫剂和脂肪等均为良好的溶剂［1］。SCF对吸附态的液相有机物分子的可溶解性与 SCF对活性炭固体的不溶解性［2］构成了该技术方法的基础。同时，有机物分子在SCF中可以快速扩散和减压（或变温）易于分离与富集，提供了该技术应用的可能性。依据SCF萃取原理，在工艺上可以建立SCF再生活性炭的基本过程，即利用SCF作为溶剂，将吸附在活性炭上的有机物扩散与溶解于SCF之中。根据流体性质依赖于温度和压力的关系，可以将有机物与SCF有效地分离，从而达到饱和活性炭的再生。根据具体情况，在工艺安排上可以实现间歇操作或连续操作。超临界流体可以一次性利用，也可以循环使用。显然，在实际应用中，循环式连续操作更为合理。

通过理论分析与实验结果，已证明SCF再生方法优于传统的活性炭再生方法，表现在以下方面：（1）温度低，SCF吸附操作不改变污染物的化学性质和活性炭的原有结构，在吸附性能方面可以保持与

新鲜活性炭一样；（2）在SCF再生中，活性炭无任何损耗；（3）SCF 再生可以方便地收集污染物，利于重新利用或集中焚烧，切断了二次污染；（4）SCF再生可以将干燥、脱除有机物操作连续化，作到一步完成；（5）SCF再生设备占地小、操作周期短和节约能源。

2 超临界流体再生典型工艺流程

SCF活性炭再生工艺是建立在其基本原理和实际要求上的。根据不同情况，它的工艺流程、设备结构和控制方法有所不同。图1中给出了一般超临界流体再生活性炭的工艺流程和主要设备。

1，2—吸附-再生塔；3—透平膨胀器；4—换热器；5—分离器；6—压缩机；7—换热器；8—CO2贮槽

在操作中，有机废水经过吸附塔1或2，废水中的有机物被活性炭吸附，净化后的废水达标排放。当吸附塔饱和后，采用超临界CO2再生。吸附、再生操作可以在同一塔中进行，且吸附、再生可通过高压阀门控制在塔1和塔2中交替进行。再生过程可简述如下：超临界二氧化碳（30MPa，35℃）定期进入再生塔1或2，与吸附饱和的活性炭接触，含有溶解有机物的超临界CO2通过透平膨胀器或减压阀降低压力，在分离器中分离出有机物。由于压力降低会导致温度下降（节流效应），为保证流体在分离前对有机物溶解度最低，需经换热器将

温度提高，分离后的低压流体经压缩机压缩并经换热器和冷却后，进入CO2贮槽循环使用。

3 超临界流体再生活性炭国外研究现状

1977年，美国专利［2］、德国专利［4］报道了用SCF再生有机聚合物吸附剂的方法。1979年，Modell首次采用超临界CO2从活性炭上再生酚［5］。1980年，De Filippi等进行了从活性炭上再生农药的研究［6］。1980年，美国Critical Fluid Systems Inc.［7］得出结论：用超临界CO2再生吸附了农药或其他污染物的活性炭在经济上是合理的。关于SCF再生活性炭的报道，还可参见文献［8～14］等。Chung-Sung Tan和Din-Chung Liou在超临界CO2再生活性炭方面作了大量的研究工作［12～14］。David L.Tomasko,K.James Hay［15］对SCF再生活性炭进行了中试规模的设计研究。同时，M.P.Srinivasan［16］和 F.Recasens［17］等人对超临界 CO2再生活性炭过程的模型进行了研究。

1992年，日本通产省工业技术院中井敏博等人［18］开始研究与开发超临界CO2再生活性炭技术，应用于废水处理。所选择的有机物为三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯、邻氯酚（OCP）、硝基苯（NB）、邻硝基酚（ONP）、邻硝基甲苯（ONT）、邻硝基氯苯（ONC）、邻硝基苯胺（ONA）和 2，4-二硝基苯酚（DNP）。

作者正在进行的超临界流体再生活性炭技术研究，包括饮用水与工业废水中的典型污染物（如苯、对氯酚等）活性炭吸附再生过程的动力学和影响因素，以及该过程的模型化研究。

4 应用前景展望

目前，SCF活性炭再生技术的研究尚处于基础研究阶段，国内未见报道。根据国外文献报道，许多发达国家正致力于将此技术用于工业生产过程中。在基础研究方面，目前还存在着以下问题：（1）所研究的污染物十分有限，难以证明该技术应用的广泛性；

（2）所采用的超临界流体也仅限于二氧化碳，因而活性炭再生过程受到限制；

（3）理论基础方面，包括热力学和动力学的研究还不够深入，缺乏基础数据；

（4）中试和工业规模的研究急待进行，以推进该技术实际应用的进程。

同时，由于极性较强的有机物在超临界CO2中的溶解度低，直接再生比较困难；因此，多组分SCF和夹带剂操作方式也许是解决这类问题的最好方法。

随着环境保护意识的不断深化和提高，推行清洁生产和环境治理，实施可持续发展已在全球范围内形成共识。在这一背景之下，环境保护向着高新技术发展已成为一种趋势。研究结果证明，利用SCF 再生活性炭具有巨大的技术和经济优势。一旦该技术被实现工业化生产，必将推动活性炭在污染制工程中的应用，并产生巨大的环境效益、经济效益和社会效益。