微波輻射聯(lián)用活性炭強化有毒物質(zhì)去除及再生活性炭研究.pdf

1、水體中有毒有害物的污染是世界各國關(guān)注的熱點和治理難點。本文在較全面綜述了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究成果基礎(chǔ)上，對微波輻射聯(lián)用活性炭強化水中典型有毒有害污染物苯酚、苯胺和六價鉻的去除以及利用微波再生和改性活性炭進行了深入研究，探討了其影響因素和作用機理。
　　 通過單因素實驗和正交實驗發(fā)現(xiàn)，直接微波輻射聯(lián)用活性炭工藝可在極短時間內(nèi)顯著提高苯酚去除效率，其苯酚去除效果隨微波輻射時間的延長、微波功率的增加、活性炭投加量的增多而逐漸提高，且當(dāng)溶

2、液PH≤8.2時苯酚去除效果最好。在100ml苯酚濃度約為1000mg/l的水樣中加入5～10g活性炭，在300W～700W微波功率下輻射5min～30min，其苯酚去除率比相同作用時間下傳統(tǒng)活性炭吸附效果提高了16.6％～29.5％。
　　 通過對微波輻射前后苯酚水樣中的苯酚濃度與CODcr濃度之間的定量關(guān)系、以及水樣的紫外-可見分光全掃描和色譜-質(zhì)譜定性分析，確定微波輻射聯(lián)用活性炭工藝強化苯酚去除的主要作用機理是微波熱作用導(dǎo)

3、致的加速吸附，沒有發(fā)生苯酚的催化氧化分解和礦化作用。通過SEM掃描和BET表面分析發(fā)現(xiàn)，微波輻射使活性炭表面變得粗糙，并出現(xiàn)了明顯的裂紋，平均孔徑減小，比表面積及總孔隙體積增大，是苯酚去除效率提高的另一原因。
　　 通過單因素實驗和正交實驗考察了載氮氣和無載氣條件下，影響微波再生活性炭效果的主要因素依次是微波再生時間、微波功率和活性炭用量，而氮氣量和活性炭含水率影響不大，飽和濕活性炭直接微波再生的效果優(yōu)于常規(guī)熱烘干后微波再生的效

4、果，是本文推薦的活性炭再生方法。
　　 通過分析比較微波輻射聯(lián)用活性炭工藝和兩種微波再生活性炭方法的微波能耗與苯酚去除率或活性炭再生率及微波效能指標Ez值的關(guān)系表明，隨著微波能耗增大，苯酚去除率或活性炭再生率升高，Ez值則呈逐漸減小趨勢，但在相同微波能耗下，微波功率越高，苯酚去除率或活性炭再生率及Ez值越高。由此確定載氮氣-微波再生活性炭的較佳工況為：10g廢活性炭在500W微波功率下再生15min，通氮氣量251/h，此時活性

5、炭再生率為102.8％，Ez值為0.24mg/(g.kJ)，再生能耗為45kJ/gGAC。無載氣-微波再生活性炭的較佳工況為：活性炭再生量10g，微波功率700W、再生時間5min，此時活性炭再生率為73.9％，Ez值為0.31mg/(g.kJ)，再生能耗為21kJ/gGAC。在相同條件下，載氮氣時活性炭再生率及微波效能指標均高于無載氣時的情形，是活性炭再生的較好方法；而微波再生法去除水中苯酚的的微波效能指標整體上高于直接微波輻射聯(lián)用活

6、性炭方法，說明采用微波再生法去除有機污染物比直接微波輻射聯(lián)用活性炭方法更加經(jīng)濟有效。
　　 研究還表明，微波法多次再生活性炭后仍能獲得較好的再生效果。載氮氣時，10g活性炭在700W微波功率，1001/h氮氣流量下再生30min，經(jīng)7次重復(fù)再生后，再生率可穩(wěn)定在90％以上，無載氣時，10g活性炭在500W微波功率下再生35min，經(jīng)5次重復(fù)再生后，再生率可穩(wěn)定在70％左右。
　　 實驗確定了硝酸-微波改性活性炭GACH-

7、M制備條件為：原炭5g、硝酸濃度0.78 mol/1、微波功率600W、輻射時間5min、氮氣流量50L/h。GACH-M吸附去除苯胺的適宜PH值為5～12，苯胺去除效率可達90％左右，比原炭提高約14.1％；Cr(Ⅵ)去除效率可達94.3％，比原炭提高約44％。載氮氣和無載氣-微波改性炭的制備條件為：9g原炭在600W微波功率下輻射7min，載氮氣時氮氣流量501/h，兩種改性炭吸附去除苯胺等有機物的效果均比原炭提高約20％，但Cr(

8、Ⅵ)去除率不高。
　　 微波再生載苯酚活性炭機理為：再生初期，苯酚隨反應(yīng)體系升溫從活性炭上解吸或蒸餾出來，隨后苯酚在微波高溫下發(fā)生復(fù)雜的裂解、縮合反應(yīng)，絕大部分被裂解為C、CO、H2或低沸點物質(zhì)，少部分被裂解其它有機物。微波再生功率越高，有機吸附質(zhì)的高溫裂解反應(yīng)越徹底，尾氣中有機質(zhì)種類越少；微波功率較低時，尾氣中含有多種裂解產(chǎn)物；載氮氣降低了反應(yīng)體系溫度，苯酚未被徹底分解，尾氣中含有多種有機物。
　　 微波加熱和還原性氮