專利名稱：介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工吸附分離和污染物控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種介質(zhì)阻擋放電等離 子體輻照活性炭再生方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于活性炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對水中和氣體中的有機污染物
有較好的去除效果，因此活性炭吸附技術(shù)在環(huán)境污染處理中得到廣泛應(yīng)用。目前0i界活 性炭年消費量超過ioo萬噸，并逐年遞增。
由于活性炭造價高，經(jīng)吸附飽和的活性炭直接廢棄，將造成資源浪費及二次污染等 問題，極大地限制了活性炭的應(yīng)用和推廣，因此，廢活性炭的再生具有良好的發(fā)展趨勢。 近年來，許多國家都已經(jīng)把著眼點轉(zhuǎn)向新的活件炭再生技術(shù)的開發(fā)上，提出了各種再生 工藝技術(shù)。目前用于活性炭再生的方法主要有熱再生法、化學(xué)再生法、生物再生法和一
些新興的再生方法。傳統(tǒng)的熱再生法通常需要1100K以上的溫度，能量消耗大，同時活 性炭再生后會損耗5%-15%?；瘜W(xué)再生法處理對象廣泛，反應(yīng)時間短，再生效率穩(wěn)定，再 生開始后無需另外加熱，但對于某些難降解的有機物，可能會產(chǎn)生毒性更大的中間產(chǎn)物， 且化學(xué)試劑用量大。生物法簡單易行，投資和運行費用較低，但所需時間較長，水質(zhì)選擇 性強，受水質(zhì)和溫度的影響很大。
放電等離子體能夠產(chǎn)生高濃度的活性物質(zhì)如03、 *0、 'OH等，氧化活性炭上吸附的 毒性物質(zhì)，同時放電等離子體還有紫外光、沖擊波等物理效應(yīng)產(chǎn)生，對活性炭吸附物質(zhì) 處理有利，提高活性炭處理效果。但是，由于放電等離子體流光具有一定的高溫效應(yīng)， 對放置于電極之間的活性炭燒蝕，使活性炭結(jié)構(gòu)變化和處理效果降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法及裝置，其是 利用大氣壓放電等離子體氧化，炭損失率低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
本發(fā)明是將電工新技術(shù)、化工吸附分離工程和環(huán)境工程相結(jié)合，利用介質(zhì)阻擋放電等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)氧化作用和紫外光作用等，協(xié)同降解吸附在活性炭上的有機污 染物，使活性炭得到再生，恢復(fù)吸附能力。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法，是將活性炭放置介質(zhì)阻擋放電等離子體區(qū) 域的外側(cè)，即放電電極系統(tǒng)的外側(cè)，而不是等離子體區(qū)內(nèi)部，是利用介質(zhì)阻擋放電等離子體 產(chǎn)生的活性物質(zhì)和物理效應(yīng)輻照活性炭填充層，對活性炭實施處理，降解活性炭上吸附的有 機物，使活性炭獲得再生，恢復(fù)活性炭的吸附能力。
實施上述介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法的裝置，包括介質(zhì)阻擋放電等離子 體發(fā)生器、活性炭填充床、交流高壓電源和氣泵，活性炭填充床放置在發(fā)生器的外側(cè)，氣泵 給發(fā)生器供氣，發(fā)生器包括高壓電極、絕緣介質(zhì)和低壓網(wǎng)孔電極，絕緣介質(zhì)在高壓電極和低 壓網(wǎng)孔電極之間并與高壓電極連接，交流高壓電源的高壓輸出端與發(fā)生器的高壓電極通過高 壓電纜連接，交流高壓電源的低壓輸出端與發(fā)生器的低壓網(wǎng)孔電極通過低壓電纜連接后再與 地線連接。
當發(fā)生器為板體結(jié)構(gòu)時，高壓電極和絕緣介質(zhì)均為平板，低壓電極為網(wǎng)孔均勻分布的平 板，高、低壓電極之間放置絕緣介質(zhì)板，且絕緣介質(zhì)板與高壓電極緊密接觸，絕緣介質(zhì)與低
壓電極之間是空隙，即等離子體發(fā)生區(qū)域，低壓網(wǎng)孔電極外側(cè)是活性炭填充床；當發(fā)生器作 為柱體結(jié)構(gòu)時，高壓電極和絕緣介質(zhì)均為圓筒，低壓電極為網(wǎng)孔均勻分布的圓筒，要求所有 圓筒是同軸放置，高壓電極在內(nèi)側(cè)，介質(zhì)居中且與高壓電極緊密接觸，低壓網(wǎng)孔電極在絕緣 介質(zhì)外側(cè)且與介質(zhì)有間隙，即等離子體發(fā)生區(qū)域，低壓電極外側(cè)是活性炭填充床(也是同軸 圓筒)；高壓電極和低壓電極均為金屬材料，絕緣介質(zhì)采用石英玻璃或陶瓷材料。在高低壓電 極之間施加交流高壓電源，電源輸出頻率與反應(yīng)器匹配，實現(xiàn)能量有效注入。活性炭填充床 放置于低壓電極外側(cè)，填充床內(nèi)部的活性炭可以采用機械和人工方法攪拌，使活性炭受等離 子體作用均勻。為了高效處理活性炭，活性炭填充床和低壓電極距離盡可能的小，且要求無 氣體泄漏。氣泵產(chǎn)生的空氣(氧氣)等氣體首先經(jīng)過等離子體區(qū)域，轉(zhuǎn)變成活性氣體后通過 低壓電極的網(wǎng)孔進入活性炭填充床，處理活性炭，從填充床排出后再返回等離子體區(qū)重復(fù)利 用。本發(fā)明的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法，不僅可以對活性炭進行再生和活 化，也可以對分子篩、硅膠、活性氧化鋁、載銅等吸附劑物質(zhì)進行再生活化，恢復(fù)它們的物 理化學(xué)性能，還可以處理金屬屑、金屬等導(dǎo)體材料表面的污染物。另外，為提高填充床內(nèi)部 物質(zhì)的處理效果，降低處理能耗，可以在填充床內(nèi)放置催化劑，如Ti02，金屬(Ag、 Au、 Pb、 Mn等)氧化物，或浸漬催化劑的載體等，實現(xiàn)放電生成活性物質(zhì)與催化劑的催化反應(yīng)，增強 活性物質(zhì)脫除活性炭效果。
本發(fā)明的有益效果是活性炭再生率高，處理時間短，活性炭損耗少，無一次污染， 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。


圖1是本發(fā)明的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置的示意圖。 圖2是本發(fā)明的板體型介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明的柱體型介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明的低壓網(wǎng)孔電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中K等離子體發(fā)生器，2、填充床，3、交流高壓電源，4、氣泵，5、高壓電極，6、 絕緣介質(zhì)，7、低壓網(wǎng)孔電極，8、高壓電纜，9、低壓電纜，10、攪拌器，11、進氣口， 12、 出氣口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細地說明
如圖1所示，本發(fā)明介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置，包括介質(zhì)阻擋放電等
離子體發(fā)生器l、活性炭填充床2、交流高壓電源3、氣泵4、攪拌器10等。
發(fā)生器1主要由高壓電極5、絕緣介質(zhì)6和低壓網(wǎng)孔電極7構(gòu)成，還包括高壓電纜8、低 壓電纜9、進氣口U、出氣口12等附屬配件。當發(fā)生器l采用板體型時，高壓電極5、絕緣 介質(zhì)6和低壓網(wǎng)孔電極7均為平板結(jié)構(gòu)，其中絕緣介質(zhì)6處于高壓電極5和低壓網(wǎng)孔電極7 之間，并與高壓電極5緊密連接，絕緣介質(zhì)6與低壓網(wǎng)孔電極7之間是氣體間隙，是等離子 體發(fā)生區(qū)域；當發(fā)生器1采用柱體結(jié)構(gòu)時，高壓電極5、絕緣介質(zhì)6和低壓網(wǎng)孔電極7均為 圓筒形狀，高j玉電極5在內(nèi)側(cè)，絕緣介質(zhì)6居中且與高壓電極5緊密接觸，低壓網(wǎng)孔電極7在絕緣介質(zhì)外側(cè)，所有圓筒同軸安放，絕緣介質(zhì)6與低壓網(wǎng)孔電極7之間是氣體間隙，就是 等離子體發(fā)生區(qū)域。高壓電極5和低壓電極7采用不銹鋼材料，絕緣介質(zhì)6采用石英玻璃、 陶瓷或云母等絕緣材料，要求絕緣介質(zhì)6厚度小于5ram。
活性炭填充床2是緊密連接在低壓網(wǎng)孔電極7的外側(cè)，其結(jié)構(gòu)根據(jù)發(fā)生器1的結(jié)構(gòu)確定， 當發(fā)生器l采用平板型時，填充床2的結(jié)構(gòu)也采用平板型，為方體結(jié)構(gòu)；當發(fā)生器l采用圓 簡型時，填充床2的結(jié)構(gòu)也采用圓筒型，為柱體結(jié)構(gòu)，且要求同軸放置。攪拌器10放置于填 充床2內(nèi)部，采用手動或自動方式攪拌填充床中的活性炭。
交流高壓電源3的頻率范圍為50Hz-100kHz,調(diào)整頻率使交流高壓電源3與發(fā)生器1匹 配。交流高壓電源3的高壓輸出端與發(fā)生器1的高壓電極5通過高壓電纜8連接，交流高壓 電源3的低壓輸出端與發(fā)生器1的低壓網(wǎng)孔電極7通過低壓電纜9連接，然后與地線連接。
氣泵4用于給發(fā)生器1供氣，用于載氣，氣體可以是氧氣或空氣，當載氣從發(fā)生器1的 等離子體區(qū)域通過時轉(zhuǎn)變成活性氣體。
本發(fā)明介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置的操作流程是
第一步，將待處理的活性炭填裝在活性炭填充床2內(nèi)；
第二步，先啟動氣泵4,檢查電路和供氣系統(tǒng)，全部正常后，閉合電源開關(guān)，調(diào)節(jié)交流 高壓電源3輸出電壓，使發(fā)生器1達到正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)；
第三步，放電結(jié)束后，斷開電源開關(guān)，關(guān)閉電源3，然后關(guān)閉氣泵4停止供氣，打開填 充床2取出活性炭。
實施例一，交流高壓電源3的頻率為50Hz,電壓有效值小于50kV，額定功率lkW。發(fā)生 器1外殼由10咖厚的有機玻璃制成，外殼形狀為220咖X220mmX320咖的長方體，高壓電極 5為100iraiX100咖X2咖的不銹鋼板，絕緣介質(zhì)6為150mmX 150咖X2. 5mm的石英玻璃板， 低壓網(wǎng)孔電極7是100mraXlO0mmX4mm的鋁板，鋁板上面均勻分布4>=3咖的圓孔，孔間距為 2咖，絕緣介質(zhì)6與低壓網(wǎng)孔電極7的間隙距離為l咖，填充床2是截面與低壓網(wǎng)孔電極7同 尺寸的有機玻璃箱體，高度根據(jù)活性炭填充厚度調(diào)整，保證活性炭填實，本實施例中被處理 的活性炭是柱狀煤質(zhì)活性炭，直徑為3mm,長度為3mm-10鵬，活性炭填裝厚度為9mm。此外 用到氣體流量計、氣泵4、電源開關(guān)和氣閥等輔助設(shè)備。在實施例中，選取市售化學(xué)純的苯酚(Wi0)固體，配成濃度為200mg/L的模擬廢水。 實施步驟為
第一步，吸附，準確稱取經(jīng)過預(yù)處理的柱狀活性炭100.0g，放入體積為200mL、濃度為 200mg/L的苯酚溶液中，吸附48h使活性炭達到吸附平衡，用紫外分光光度計測得殘液苯酚 濃度為67. 23mg/L。
第二步，再生，再生工藝為
首先，將第一步100.0g吸附平衡飽和炭分成兩份，各50g，其中一份作為處理樣填裝在 填充床2中，另外一份作為對照樣；
其次，啟動氣泵4，調(diào)節(jié)流量計，使空氣流量控制在0. 5m7h，閉合交流高壓電源3開關(guān)， 啟動交流髙壓電源3，調(diào)節(jié)電源3使頻率為50Hz、電壓峰值為15kV，形成均勻穩(wěn)定的絲狀放 電，放電時間為60min;
最后，斷開電源3開關(guān)，交流高壓電源3停止供電，停止氣泵4，打開填充床2，取出活 性炭。
第三步，再生效果檢測，將處理樣和對照樣的兩份活性炭，分別放入體積為100mL、濃 度為200nig/L的苯酚溶液中，吸附48h再次吸附平衡，取出活性炭測量殘液濃度。對照樣活 性炭吸附平衡所得殘液濃度為173. 37mg/L，處理樣活性炭吸附平衡所得的殘液濃度為109. 72 mg/L，結(jié)果顯示處理樣比對照樣的吸附能力提高了近3.4倍，經(jīng)介質(zhì)放電等離子體輻照處理 的活性炭的吸附能力恢復(fù)了 67.99 %。
權(quán)利要求
1、介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法，其特征在于，該方法包括如下步驟將活性炭放置于介質(zhì)阻擋放電等離子體的外側(cè)，利用介質(zhì)阻擋放電等離子體生成的活性物質(zhì)和物理效應(yīng)輻照活性炭，處理活性炭上吸附的有機污染物，并恢復(fù)活性炭的吸附性能。
2、 實施權(quán)利要求l所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生方法的裝置，其特征在于，該裝置包括介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器(1)、活性炭填充床(2)、交流高壓電源(3) 和氣泵(4)，活性炭填充床(2)放置在發(fā)生器(1)的外側(cè)，氣泵(4)給發(fā)生器(1)供氣， 發(fā)生器(1)包括高壓電極(5)、絕緣介質(zhì)(6)和低壓網(wǎng)孔電極(7)，絕緣介質(zhì)(6)在高壓 電極(5)和低壓網(wǎng)孔電極(6)之間并與高壓電極(5)連接，交流高壓電源(3)的高壓輸 出端與發(fā)生器(1)的高壓電極(5)通過高壓電纜(8)連接，交流高壓電源(3)的低壓輸 出端與發(fā)生器(1)的低壓網(wǎng)孔電極(7)通過低壓電纜(9)連接后再與地線連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置，其特征在于，所 述的活性炭填充床(2)放置于發(fā)生器(1)的低壓網(wǎng)孔電極(7)的外側(cè)，并與低壓網(wǎng)孔電極(7)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置，其特征在于，所 述低壓網(wǎng)孔電極(7)由網(wǎng)孔均勻分布的金屬材料制成，放電等離子體生成的活性物質(zhì)和物理 效應(yīng)通過低壓網(wǎng)孔電極(7)的網(wǎng)孔進入活性炭填充床(2)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置，其特征在于，所 述發(fā)生器(1)為板體結(jié)構(gòu)，高壓電極(5)、絕緣介質(zhì)(6)和低壓網(wǎng)孔電極(7)均為平板形 狀，活性炭填充床(2)為方體形狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體輻照活性炭再生裝置，其特征在于，所 述發(fā)生器(1)為圓柱體結(jié)構(gòu)，高壓電極(5)、絕緣介質(zhì)(6)和低壓網(wǎng)孔電極(7)均為圓筒 形狀，活性炭填充床(2)為柱體形狀，所有圓筒同軸放置。
全文摘要
介質(zhì)阻擋放電等離子體輻射活性炭再生方法及裝置涉及化工吸附分離和污染物控制技術(shù)領(lǐng)域，該裝置主要由介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器、活性炭填充床、交流高壓電源和氣泵構(gòu)成，其中發(fā)生器由高壓電極、絕緣介質(zhì)和低壓網(wǎng)孔電極組成，活性炭填充床安裝在介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器的外側(cè)，待處理的活性炭放置于填充床內(nèi)，介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的活性物質(zhì)和物理效應(yīng)透過低壓網(wǎng)孔電極輻照填充床內(nèi)部的活性炭，處理活性炭上吸附的有機污染物，并恢復(fù)活性炭的吸附性能。本發(fā)明的有益效果是活性炭再生率高，處理時間短，活性炭損耗少，無二次污染。
文檔編號B01J20/34GK101530784SQ200910011140
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者彥 吳, 杰 李, 李國鋒, 清 靳, 娜 魯 申請人:大連理工大學(xué)