活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭過濾凈化洗滌塔中的廢水

　　酚類化合物是一種能夠在環境中長期存在并會對環境產生危害的化學物質，尤其是水生環境。含酚的廢水可能在生物質工業中產生，苯酚是洗滌塔廢水中的主要成分，該洗滌器廢水用于基于生物質的氣化廠中的合成氣凈化。吸附是廢水凈化的常見策略，可以使用碳材料(例如活性炭和生物炭)進行過濾凈化處理。洗滌塔廢水中的酚類化合物濃度在很大程度上取決于合成氣中的苯酚含量，工藝流程和參數，例如濕式洗滌塔單元中水與合成氣的流量比。所以這次我們來測試了在相同條件下幾種活性炭與生物炭對含酚的廢水的處理效果。

　　活性炭是通用的吸附劑，對從水溶液中吸附有機和無機污染物效果特別好。在化學工業中，活性炭常見的應用是在固定床反應器或流化床反應器中，其中氣體或液體流的通過允許去除大量污染物。活性炭的特性，例如大比例的微孔，高的比表面積，高的孔容，良好的機械強度等，提供了具有化學和物理特性的骨架類型，可用于吸收應用。活性炭通常以粉末和顆粒形式使用，也可以根據工業應用定制出合適的形式。

　　洗滌塔廢水的連續吸附測試

　　使用活性炭在實驗室規模下進行了連續吸附測試，實驗裝置在圖1所示。該系統由一個校準的蠕動泵組成，該泵將苯酚溶液供入含有活性炭的玻璃圓柱塔的底部。該柱的內徑為29mm，總長度為60cm。將液體流速設定為55mL/分鐘以獲得等于5m/h的空床液體速度。使用不同數量的活性炭(即20、30和50g)來研究吸附床長度對穿透曲線的影響。在每次測試之前，用水沖洗碳床，以消除孔中所含的空氣。此外，還允許從碳粒中淘出殘留的細顆粒。每隔一分鐘從該列的頂部對流出物進行采樣。回收的樣品存儲在4°C的密閉瓶中，并通過HPLC技術進行分析。

　　圖1：用于活性炭連續吸附測試的實驗裝置示意圖。

　　過濾用活性炭參數

　　在兩個不同放大倍率下所研究活性炭樣品的SEM圖像在圖2顯示。所有樣品均表現出不確定的形狀，帶有大孔，對于活性炭樣品可能會觀察到。對于生物炭樣品，還可以觀察到外表面上存在一些大孔。相反，相對于在更苛刻的條件下(例如高溫氣化)生產的生物炭樣品，在生物炭樣品上未觀察到大孔可能是由于其生產所采用的條件較溫和(即緩慢熱解)。

　　圖2：研究的1000碘值活性炭，800碘值活性炭，熱解生物炭和氣化生物炭樣品的SEM圖像。子圖是較高放大倍數的SEM圖像。

　　間歇條件下的吸附測試

　　經過測試發現用活性炭來處理洗滌塔廢水中的苯酚是比較好用的。然而，從工藝圓度的角度來看，將生物炭樣品用于廢水處理也有些特點。實際上，在生物質氣化過程中產生的焦炭被認為是低價值的材料，用途非常有限，可以作為工藝廢物流處理。因此，利用生物質氣化炭作為吸附劑材料處理合成氣濕法清潔過程中產生的廢水可能是其增值的策略。氣化產生的生物炭可被視為零值產品(如果將其作為廢物處置，則可能為負值)，而熱解產生的生物炭通常具有正的生產成本，因為它是該過程的目標產品。因此，盡管生物炭樣品對苯酚的吸附能力最低，但仍被研究為潛在的吸附劑，用于處理基于生物質的氣化廠中產生的實際洗滌塔廢水。為了進行比較，還對1000碘活性炭樣品的實際合成氣洗滌塔廢水的凈化能力進行了研究，圖3報告了處理24小時后合成氣洗滌塔水的UV-Vis光譜與活性炭含量的關系。

　　圖3：生物炭樣品(a)和活性炭樣品(b)的洗滌塔廢水的UV-Vis曲線與碳量的關系。

　　活性炭過濾凈化洗滌塔中的廢水的測試結果清楚地證明，就洗滌塔廢水和苯酚的去除，單凈化水平活性炭明顯優于生物炭。實際洗滌塔廢水和苯酚模型溶液的凈化水平都隨著碳量的增加而增加。活性炭對于純合成氣洗滌塔廢水，凈化水平從47%提高到92%，對于苯酚模型溶液，凈化水平從68%提高到99%。實際上，使用4g的活性炭可將廢水凈化水平達到約92%，而氣化生物炭的廢水凈化水平僅為25%。就苯酚的去除而言，也觀察到類似的趨勢。總體而言，實驗測試的結果表明，生物炭的性能明顯低于活性炭。但是，所檢驗的殘留焦炭已證明在一定程度上是有效的活性炭，可用于過濾凈化被苯酚污染的水。因此，就將其用于酚類污染水的再生以及相關工廠單元的設計而言，這一成就為進一步評估技術和經濟性提供了動力。

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