活性炭因其大的比表面積而具有很好的吸附性能，這表明有大量的活性部位。活性炭被廣泛用于化學(xué)，冶金和石油等多個(gè)行業(yè)。此外，活性炭具有在水處理既分配之前和從工業(yè)廢水排放之前重要的應(yīng)用，以及處理煙道廢氣。碳活化是一種減少許多工業(yè)過(guò)程(例如廢水處理，食品工業(yè)和濕法冶金)中的廢物和成本的策略。在這項(xiàng)工作中，研究了顆粒活性炭物理和化學(xué)活化的效果。廢活性炭是從碳漿中的碳浸出過(guò)程中提取的，用于提取金。使用幾種酸洗程序和熱處理方法對(duì)比了化學(xué)活化和物理活化。評(píng)估了再活化工藝對(duì)機(jī)械性能和吸附的影響。

　　一些常用的再活化程序包括以下內(nèi)容：酸洗，超臨界流體處理，微波再活化，電化學(xué)過(guò)程和熱再活化。先前的研究得出結(jié)論，為了獲得更好的再活化度，將酸洗與廢活性炭的熱再活化相結(jié)合至關(guān)重要。因此，盡管酸洗液通過(guò)將它們?nèi)芙馊コ裏o(wú)機(jī)污染物，熱活化消除由熱分解有機(jī)廢物。在先前的研究中已經(jīng)研究了活化后活性炭的某些性質(zhì)的變化。與廢活性炭相比，經(jīng)受活化過(guò)程中的水分和活性炭的灰分含量降低。為了在工藝中重復(fù)使用，重新活化的碳的灰分值應(yīng)在2%至4%之間。再活化后，碘值和活性炭的比表面積顯著增。

　　在碳漿吸附過(guò)程中，活性碳會(huì)由于鈣鹽在孔中的逐步沉積而失去其效率。在具有碳漿工藝的工業(yè)工廠中，首先去除廢活性炭并進(jìn)行篩分，以消除細(xì)碳。然后，是再活化的下一階段，主要是化學(xué)活化或熱活化。在這項(xiàng)研究中，選擇了幾種無(wú)機(jī)酸(HCl，HNO 3，H 2 SO 4)進(jìn)行了測(cè)試，作為驗(yàn)證在工業(yè)規(guī)模上碳漿流程之后的化學(xué)再活化中當(dāng)前擴(kuò)展的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果的原始方法。在這項(xiàng)研究中要強(qiáng)調(diào)的另一個(gè)方面是交流電的硬度。實(shí)際上，在碳漿過(guò)程中，由于攪拌引起的磨損，尾部中損失了很小一部分活性炭。因此，作為我們研究中提出的活化過(guò)程的一部分，也有必要對(duì)廢活性炭的硬度進(jìn)行量化。這樣，為了使再活化工藝在技術(shù)上可行，僅允許發(fā)生廢活性炭硬度值降低。

　　酸洗(化學(xué)活化)

　　在這項(xiàng)研究中測(cè)試的第一個(gè)活化處理是化學(xué)活化。這種再活化包括在兩種溫度(18°C和50°C)下使用四種不同濃度(5%，10%，20%，30%)的三種無(wú)機(jī)酸(HCl，H 2 SO 4和HNO 3)進(jìn)行酸洗。圖1表示了分別在18°C和50°C酸洗后，這些酸的濃度對(duì)廢活性炭碘值的影響。

　　圖1：酸的濃度對(duì)活性炭碘值的影響，在(a)18°C和(b)50°C下進(jìn)行酸洗化學(xué)活化。

　　熱活化

　　基于兩個(gè)參數(shù)分析熱再活化過(guò)程的效率：再活化時(shí)間和再活化溫度。為了說(shuō)明再活化時(shí)間對(duì)碘值的影響，圖2顯示了預(yù)先用H 2 SO 4(30%v/v和50°C)洗滌過(guò)的熱再活化碳的碘值的變化。重新活化時(shí)間(0.5和1小時(shí))。在這種情況下，當(dāng)熱活化(700°C)分別持續(xù)0.5小時(shí)和1小時(shí)碘值稍微有所增加。以相同的方式，在900℃的再活化溫度下，再活化時(shí)間從0.5到1 h的增加，分別使碘值上升更快。在預(yù)先用其他兩種酸(HCl 10%v/v和HNO 3 20%v/v)在50°C下洗滌的熱活性炭中，也觀察到了再活化時(shí)間對(duì)碘值的相同增強(qiáng)作用。

　　圖2：活化時(shí)間(0.5和1h)對(duì)用H 2 SO 4(在50°C下30%v / v)洗滌的廢活性炭的碘值(mg I 2/g活性炭)的影響在不同溫度(650°C至950°C)下重新活化。

　　原始活性炭、廢活性炭和再活化炭的性能比較

　　為了更好地解釋由活性炭的吸附性能，將再活性炭的主要性能與原始活性炭的主要性能進(jìn)行比較就變得很重要。根據(jù)物理特性(例如水分含量，揮發(fā)物含量，灰分含量和固定碳)比較了原始活性炭，廢活性炭和再活化炭。通過(guò)比較碘值，亞甲基藍(lán)指數(shù)和糖變色指數(shù)，獲得了碳結(jié)構(gòu)的其他信息。再活化炭的水分含量(0.54%)低于廢活性炭的水分含量(0.81%)。水分含量的降低是熱活化過(guò)程的結(jié)果。在重新活化的碳中，重新活化后的揮發(fā)物含量以及灰分含量均降低，分別達(dá)到6.10%和3.35%的值。在再活化炭的灰分含量是根據(jù)先前的活化的研究，這意味著，基于此參數(shù)，再活化的炭是適合于碳漿處理。由于灰分含量的減少，固定碳的含量在重新活化后從80%增加到89%。再生活性炭的碘值也有可能高于原始活性炭的碘數(shù)。活化的炭經(jīng)過(guò)熱活化過(guò)程，不僅除去了揮發(fā)性污染物，而且還產(chǎn)生了新的多孔性。對(duì)于所報(bào)告的三個(gè)活性炭，亞甲基藍(lán)指數(shù)處于相同范圍，這表明中孔數(shù)量保持不變。同樣，三個(gè)報(bào)告活性炭的糖變色指數(shù)都在相同范圍內(nèi)，這表明在重新活化過(guò)程中，宏觀多孔結(jié)構(gòu)保持不變。

　　SEM還分析了原始活性炭、廢活性炭和再活化炭的某些結(jié)構(gòu)特征。在圖3中，顯示了在再活化過(guò)程之前和之后，多孔結(jié)構(gòu)或多或少保持不變。在圖3所示的三個(gè)圖像中可以看到大約1 µm的孔和不同尺寸的大孔。在圖3a中，展示了原始活性炭的圖像。在圖3b中，對(duì)廢活性炭的圖像進(jìn)行了修改，以便更好地說(shuō)明活性炭表面上的鹽沉積(顏色較淺)。最后，圖3c顯示了再活化處理后的活性炭表面，顯示了對(duì)先前堵塞廢活性炭表面的鹽沉積的良好去除。

　　圖3：(a)原始活性炭(b)廢活性炭和(c)重新活化的炭的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

　　總而言之，再活化過(guò)程后的廢活性炭特性與原始活性炭相似，這使再活化的炭成為碳漿過(guò)程的合適候選者。通過(guò)再活化過(guò)程，有可能消除碳表面上的沉積物，而不會(huì)導(dǎo)致吸附性能或機(jī)械性能的重大損失。

　　通過(guò)用HNO 3在20%v/v和50°C的酸進(jìn)行30分鐘的酸洗，然后在850°C的1h內(nèi)進(jìn)行熱活化，可以達(dá)到合適活化廢活性炭的實(shí)驗(yàn)條件。這種再活化過(guò)程對(duì)活性炭的機(jī)械性能沒(méi)有太大影響，因?yàn)榕c原始活性炭相比，再活化炭的硬度保持在98%。此外，本研究中產(chǎn)生的再生活性炭具有良好的大孔，中孔和微孔率。實(shí)際上，碘值，亞甲基藍(lán)指數(shù)和糖變色指數(shù)與原始活性炭的數(shù)據(jù)相差不大。因此，通過(guò)本研究提出的再活化程序獲得的再活化炭可以用于碳漿吸附工藝。

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