甘氨酸母液脫色后廢活性炭的再生技術(shù)概述

韓 萌， 龔文照， 張 偉， 赫瑞元， 趙 廣， 李 鑫， 楊仁俊， 毋 楠， 李偉斌， 袁秋華

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司化工研究院，山西 太原 030021)

1 活性炭簡介

活性炭材料，是經(jīng)一系列加工處理所得的無定形碳[1]，是一種重要的吸附劑，對(duì)溶液及氣體中的各種物質(zhì)及膠體顆粒等都能較好的吸附，廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保等領(lǐng)域，特別在污水處理方面發(fā)揮著不可忽視的作用[2]。隨著活性炭的廣泛使用，產(chǎn)生的廢活性炭也引發(fā)了環(huán)境污染問題。因此，對(duì)活性炭再生利用已成為目前研究的重點(diǎn)[3]。

2 脫色甘氨酸母液廢活性炭性質(zhì)

甘氨酸又稱氨基乙酸，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、食品等領(lǐng)域[4-5]。在甘氨酸的工業(yè)生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生大量的有色雜質(zhì)，若想保證產(chǎn)品外觀及品質(zhì)，需用大量活性炭對(duì)甘氨酸進(jìn)行脫色以便對(duì)有色雜質(zhì)進(jìn)行脫除。在甘氨酸的脫色過程中，母液經(jīng)多次循環(huán)后，除含有甘氨酸、羥基乙酸外，還含有較多的有機(jī)胺聚合物和各種無機(jī)鹽，這些成分的積累將造成甘氨酸母液的黏度變大、顏色加深。因而，在甘氨酸脫色工藝中產(chǎn)生的廢活性炭，其成分非常復(fù)雜，該類廢活性炭的再生存在極大困難[6]，需選擇合適的方法對(duì)廢活性炭進(jìn)行有效的再生。

3 活性炭再生理論及方法

甘氨酸母液脫色所產(chǎn)生的廢活性炭，通常的處理方式有兩種，一是將其堆放、轉(zhuǎn)移、掩埋或焚燒。二是采用各種方法對(duì)其進(jìn)行再生[7]。為減少污染，將活性炭進(jìn)行再生是一種較佳的方式。

活性炭再生，指在保持活性炭原有結(jié)構(gòu)不變的前提下，運(yùn)用各種方法，將吸附飽和的活性炭表面、孔道內(nèi)的吸附質(zhì)脫除，達(dá)到恢復(fù)活性炭吸附性能、使之能重復(fù)利用的目的[8]。

研究人員已經(jīng)對(duì)廢活性炭再生方法作了大量研究，現(xiàn)將常見的活性炭再生方法列舉如下：

3.1 熱再生法

熱再生法是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的廢活性炭再生方法。它的原理是將廢活性炭加熱至高溫，使吸附質(zhì)發(fā)生解吸或氧化降解，最終從活性炭的基質(zhì)上消除。熱再生法再生效率高，時(shí)間短，但再生過程中炭的損失較大，再生后的活性炭吸附效率也會(huì)降低，再生過程能耗高，運(yùn)行成本大[9]。

3.2 生物再生法

生物再生法的原理是通過在活性炭上培養(yǎng)微生物以降解活性炭表面的吸附質(zhì)，使之分解生成CO2和H2O，從而實(shí)現(xiàn)活性炭再生。該方法操作簡單、成本低、能耗低，但活性炭再生時(shí)間長，并且其對(duì)溫度和pH值的條件要求高，制約了該方法在工業(yè)上廣泛應(yīng)用[10]。

3.3 濕式氧化再生法

濕式氧化再生法是指在高溫高壓的條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑，降解活性炭上吸附的有機(jī)物。若在體系中加入合適的催化劑，可大幅降低有機(jī)吸附質(zhì)的分解溫度，達(dá)到低溫再生減少能耗的目的。濕式氧化方法工藝簡單、能耗低，炭損失量低，但該方法的反應(yīng)壓力和溫度須按照吸附質(zhì)的性質(zhì)來確定，對(duì)反應(yīng)條件及設(shè)備要求較高，因此在工業(yè)上推廣使用難度較大[11]。

3.4 化學(xué)藥劑再生法

化學(xué)藥劑再生法主要分為無機(jī)藥劑再生和有機(jī)藥劑再生。該再生方法針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求低，活性炭損失小，但化學(xué)藥劑再生法一般只能針對(duì)某單一物質(zhì)再生，通用性差，還存在再生液二次污染的問題[12]。

3.5 超聲波再生法

超聲波再生法通過對(duì)活性炭的吸附表面施加能量，使吸附在活性炭表面的物質(zhì)脫離活性炭的吸附表面，從而達(dá)到活性炭再生的目的。該方法工藝簡單，能量消耗低，再生過程炭損失少。但該方法主要以物理脫附為主，再生效率較低[13]。

3.6 電化學(xué)再生法

電化學(xué)再生法目前還處于研究階段，是一種新型的活性炭再生技術(shù)。活性炭在電場的作用下，活性炭中的吸附質(zhì)通過擴(kuò)散、電遷移及電解氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)活性炭的再生。該方法操作簡單、能耗低、效率高，而且無二次污染[14]。但在實(shí)際運(yùn)行中，金屬電極易被腐蝕、鈍化，產(chǎn)生的絮凝物容易將活性炭孔道堵塞。

3.7 超臨界流體再生法

物質(zhì)的溫度和壓力高于其臨界溫度和臨界壓力時(shí)，稱為超臨界流體。超臨界流體密度大、表面張力小、溶解度大、擴(kuò)散性能好，若利用超臨界流體作為溶劑，將甘氨酸脫色后廢活性炭中吸附的有機(jī)化合物溶出，可以實(shí)現(xiàn)廢活性炭的再生?；钚蕴吭偕瓿芍螅梢酝ㄟ^改變超臨界流體溫度及壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物同流體的分離，同樣實(shí)現(xiàn)超臨界流體的再生。該方法目前還處于研究階段。

3.8 光催化再生法

在一定波長范圍光的作用下，光催化劑產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)，通過光化學(xué)反應(yīng)將甘氨酸母液脫色后的廢活性炭上的有機(jī)物氧化分解，從而恢復(fù)廢活性炭的吸附性能。該工藝工藝流程簡單，能耗低，但處理耗時(shí)長，處理效果有待提高[12]。

除了以上列舉的幾種再生方法外，還有紅外加熱再生、浮選再生法、活性炭強(qiáng)制放電再生法等，但大多仍處于研究階段，未在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用[15-16]。

4 結(jié)語

將脫色甘氨酸母液的廢活性炭進(jìn)行再生，可很好地解決廢棄活性炭轉(zhuǎn)移和回收過程環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，具有重大意義。本文介紹了甘氨酸母液脫色廢活性炭再生的幾種方法，以期對(duì)甘氨酸生產(chǎn)過程中廢活性炭的再生提供一些參考。