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    微波加熱用于活性炭的制備、改性與再生


    活性炭的制備過程一般經歷炭化和活化兩個階段,或者在活化劑作用下進一步炭化活化過程,炭化過程是在惰性氣氛中加熱升溫,排除原料中的可揮發非碳組分的過程,是一個吸熱反應過程,可以用微波加熱來進行。一般處理方法是將強極性的物質(H3PO小KoH、znclZ等)吸附于孔隙中的,當微波與這些物質作用時,溫度就會劇烈上升,從而使炭化活化反應順利進行。用天然的纖維素材料通過微波輻照直接形成活性炭的過程為:原料一浸漬活化劑一微波加熱炭化活化一清洗殘留活化劑一干燥一成品;罨瘎┑姆N類、濃度、浸漬時間、微波的功率、輻照時間等都會對活性炭的孔結構和比表面積有很大影響。國內有用不同原材料制備活性炭的例子,蒙冕武用甘蔗渣,丁之恩用山核桃殼,分別采用活化法值得高比表面的活性炭;陳金根等用毛竹,彭金輝 等用樹皮、瓜子殼等,采用Mw-znC12活化法制備了高吸附性能的活性炭,此外還有采用諸如微波水蒸汽活化法制備椰殼活性炭,微波c02活化法制備油棕活性炭等。
      采用微波加熱方法對活性炭材料進行改性可以改變活性炭孔隙結構及其表面化學性質,Boudoull271等曾利用微波加熱技術在氧流體中對活性炭進行改性,結果表明,在活性炭表面引入含氧基團的同時,孔結構并沒有太大的變化如dez等則進行了微波加熱去除活性炭表面含氧光能團的研究,通過利用微波作為熱源對兩種活性炭進行表面化學改性,結果顯示,利用微波在氮氣流中對活性炭進行加熱時,可從活性炭表面脫除大多數的含氧基團,但當微波處理的活性炭幕露在空氣中時,微波處理的活性炭或多或少地會被氧化。但即使被氧化,仍比原炭具有更好的表面性質。c~tt等采用微波加熱方法對活性炭纖維進行了改性研究,發現在微波作用下,ACF的表面官能團被完全地去除,而石墨層的氧原子與氧原子得以保留,當重新暴露空氣中時,只有少部分表面官能團得以重建。在國內,利用微波對活性炭改性方面的報道很少,且都集中在氣態污染物的治理方面,四川大學蔣文舉等采用微波照射方法對活性炭進行了改性,并研究了改性活性炭的脫硫性能,結果顯示改性后活性炭的脫硫性能明顯增加,這種效果歸因于活性炭表面化學性質的變化,與其物理結構關系并不密切;金燕等采用微波加熱技術,通過在不同微波功率和輻射時間條件下對不同粒徑活性炭進行改性,研究了改性前后活性炭的表面化學基團、元素組成的變化等對502吸附性能的影響,結果表明活性炭經微波處理后,表面酸性基團發生,堿性特征增強,表面含氧量減少,是其吸附性能增加的主要原因。
      微波加熱在活性炭的再生方面應用更為廣泛,通常是用活性炭先對污染物進行吸附,然后再對吸附飽和的活性炭進行微波再生,活性炭微波再生的過程,也是污染物降解消除的過程;由于微波自身加熱的特點,活性炭對污染物的吸附和再生過程可以原位同時進行,在這種情況下,活性炭的作用類似于催化劑的作用,全燮習等研究認為,活性炭水溶液在微波場照射下會產生經墓自由基,從而對污染物有氧化降解作用。Jou與采用活性炭固定床反應器在微波照射下處理了苯、甲苯、二甲苯和苯酚,在微波照射下2405污染物完全分解生成cq和垃。
      實驗發現,在微波輻射下,活性炭粒子間產生弧光并且變得火紅,溫度可達到℃以上.Joulf3s]采用活性炭流化床在微波場輻照處理TcE,TcE降解率接近,礦化率100%.卜龍利11391采用活性炭固定床反應器在微波照射下處理硝墓酚溶液,在微波功率soow、空氣流量100mL加in條件下照射120min,的去除率達到90%,ToC去除率也在80%以上,他同時還考察了活性炭和炭化硅兩種材料的吸波能力和微波輔助氧化PNp的情況,結果表明:對活性炭固定床而言,PNP溶液的去除率和礦化率分別為96%和91%,而炭化硅固定床的去除率和礦化率則分別為73%和24%;活性炭固定床微波降解PNP溶液后出水的可生化性得到明顯提高。張朝紅研究了在微波照射下活性炭粉催化降解剛果紅染料,降解效率高達97.88%,無中間產物,無二次污染。劉希濤采用先吸附后再生的方法研究了微波場中吸附PCP的活性炭的再生,并研究了再生的中間產物和再生后活性炭的吸附性能,結果發現,活性炭微波再生后仍可以保持相當高的吸附能力,整個再生過程中炭損耗維持在一個較低的水平。Ania研究了載苯酚活性炭的微波再生,并與常規熱再生進行了比較,結果證明,微波再生后活性炭可保持較強的吸附能力,而電爐再生后活性炭的吸附能力則大幅降低。
      在處理廢氣活性炭再生方面,寧平等進行了微波輻照再生吸附有甲苯廢氣活性炭的研究,并進行了載硫活性炭微波輻照解吸研究,探討了活性炭在微波輻照條件下脫附率與活性炭量、微波功率、載氣線速度及再生時間等因素的關系并對各種影響因素進行了分析。楊斌武等對微波輻照下載硫活性炭的升溫行為和502的解吸過程進行了研究,結果顯示載硫活性炭在微波場中升溫迅速,達到高溫時吸附在活性炭上的502發生快速解吸,微波作用6005后解吸基本完全,解吸體積分數在試驗條件下最大可達25%。
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