[发明专利]活性炭纤维的曝气电化学再生方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔吸附剂的再生装置和方法，具体为用于对吸附苯酚饱和的活性炭纤维的三相电化学再生反应器，特点为采用间歇式操作，并以曝气方式强化传质。

技术背景

含酚废水（苯酚及其衍生物）来源广泛，且其组成及浓度根据来源与工艺的不同有较大的差异。常用的生物法对于此类不稳定的废水处理难度较大。吸附法在废水处理上具有广谱的特点，可以有效用于各类含酚废水的处理，尤其是对较低浓度含酚废水的处理，具有技术和经济上的可行性。

活性炭是来源广泛易得，效果可靠有效的吸附剂，这得益于其巨大的比表面积，且可根据吸附质种类的不同而选择适宜活性炭材料作为吸附剂，这进一步提高了活性炭吸附工艺的适用性。根据制备工艺及形貌的不同，常见的多孔活性炭材料有粉末炭(PAC)、颗粒炭(GAC)、炭纤维(ACF)等，其中，活性炭纤维材料相比其他形貌的活性炭，具有更为巨大的比表面积和传质方面的优越性。巨大的比表面提供了更多的吸附活性位，纤维状结构则可将传质过程由三维简化为一维传质，必将大大降低内外扩散阻力。

吸附苯酚饱和的活性炭需要对其进行再生处理，以恢复其二次吸附能力，提高活性炭的使用效率，降低过程成本。常用的再生方法主要有热再生法，化学再生法及生物再生法。上述方法有其各自的特点及局限性。热再生工业应用较广，但再生过程对活性炭的损耗较大；化学再生简单有效，但在后续处理上有较大困难；生物再生的工艺及装置较为繁琐，操作成本较高。电化学再生法是一种较为新颖的吸附剂再生方法，其原理为通过电极反应产生氧化剂(如·OH)，这些氧化剂向吸附剂表面传质并对其发生作用从而达到对吸附剂的再生的目的，同时，原来的吸附质被氧化为更小的分子甚至氧化态的无机小分子(如CO₂、H₂O等)，从而实现对环境的无害化处理。

因此，以活性炭纤维为吸附剂处理含酚废水，并对吸苯酚饱和的活性炭纤维进行电化学再生，具有技术上的先进性和经济上的可行性。电化学再生过程中，电极反应会产生气泡，分散在溶液体系的气泡会被多孔吸附剂吸附于其表面造成额外的传质阻力。因此，在多孔材料吸附剂的电化学再生中，如何有效消除由于穿透气泡(或气膜)和孔道内传质过程存在的内外扩散阻力，是电化学再生装置与再生方法是否有效的关键因素。

发明内容

本发明的目的是为吸附苯酚饱和的活性炭纤维提供一种再生方法，以解决电化学再生过程中产生的外扩散传质阻力大的问题。

本发明技术方案是：在曝气条件下，将吸附苯酚饱和的活性炭纤维置于三相电化学反应器的阳极区或分散于电解液中，于工作电流为12 mA·cm^-2的条件下对活性炭纤维进行电化学再生处理，然后取出活性炭纤维，经水洗、烘干，取得再生的活性炭纤维。

本发明再生过程中发生的电极反应主要有：

阳极反应：H₂O → ·OH + H⁺ + e^- ；2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^-

阴极反应：2H₂O + 4e^-→ 2OH^- + H₂

其中，·OH和O₂是再生过程可能的氧化剂，同时气态O₂和H₂分散在系统中并被吸附剂吸附后会在外壁形成新的外扩散传质阻力。

本发明采用电化学再生反应器，设备简单，操作方便。相比其他再生方法，本发明电化学再生过程温和，从而可以有效避免活性炭纤维在再生过程中造成的较大损耗。本发明采用的曝气工艺，可以针对性地解决电化学再生过程中外扩散传质阻力较大的问题，达到再生过程效率的显著性提高。经过本发明处理后的初次再生率可达60%以上，COD去除率达20%以上。