一種脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置，包括脈沖電源、反應(yīng)器和載氣系統(tǒng)，反應(yīng)器包括上蓋、外筒體和底座，外筒體位于上蓋和底座之間，且彼此間連接；脈沖電源的輸出端與上蓋的高壓端接線口相連，載氣系統(tǒng)的輸出端與上蓋的進(jìn)氣口相連；外筒體內(nèi)依次設(shè)有高壓電極、活性炭放置層和地電極；將活性炭平鋪于反應(yīng)器尼龍網(wǎng)上，注入水并封閉反應(yīng)器；啟動載氣系統(tǒng)的氣泵，調(diào)節(jié)流量計，閉合系統(tǒng)電路；啟動脈沖電源，調(diào)節(jié)參數(shù)使高壓針電極與地電極間形成流光放電；斷開系統(tǒng)電路，停止氣泵，打開外筒體取出活性炭，用去離子水沖洗、干燥，即可得再生后活性炭；本發(fā)明利用脈沖放電技術(shù)降解吸附于活性炭上的有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)了活性炭的再生。
【專利說明】一種脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工吸附分離和污染物控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]資源是人類生存與發(fā)展的命脈。活性炭(Activated Carbon，AC)作為一種傳統(tǒng)而現(xiàn)代的人造資源，自從問世100多年以來，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面。目前，在環(huán)境保護(hù)和工業(yè)領(lǐng)域，AC作為吸附劑被大量用于有機(jī)污染物的吸附，然而吸附飽和的AC通常被廢棄、掩埋或燒掉，造成資源浪費(fèi)和二次污染。AC的吸附以物理吸附為主，即通過相間轉(zhuǎn)移作用，使污染物質(zhì)從溶液相轉(zhuǎn)移到固相(AC上)，整個吸附過程不存在有機(jī)污染物的降解去除。對于用作難生物降解有機(jī)污染物吸附的AC在廢棄后，會對環(huán)境造成極大的危害。因此，無論是從提高資源利用效率、節(jié)約成本的角度，還是從保護(hù)環(huán)境的角度，通過降解AC吸附的有機(jī)污染物質(zhì)對其進(jìn)行再生都具有非常重要的意義，對AC進(jìn)行再生的循環(huán)利用也已經(jīng)成為反映一個國家AC工業(yè)水平的重要標(biāo)志。
[0003]AC再生，是指用物理的或化學(xué)的方法，在不破壞AC原有結(jié)構(gòu)的前提下，將吸附于AC上的吸附質(zhì)予以去除，恢復(fù)其吸附性能，達(dá)到循環(huán)使用的目的。目前，國內(nèi)外用于AC再生的方法包括:熱再生法、生物再生法、溶劑再生法、電化學(xué)再生法、超臨界流體再生法、超聲波再生法、微波輻照再生法、(催化)濕式氧化再生法和光催化氧化再生法等，各種再生方法均有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。如AC的電爐熱再生過程具有再生效率高、對吸附質(zhì)無選擇性的優(yōu)點(diǎn)，但這種再生過程炭損失大，AC再生后機(jī)械強(qiáng)度下降，比表面積減小，且所需設(shè)備較為復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高；AC生物再生的設(shè)備和工藝簡單，但再生速度慢，再生時間長，對AC吸附容量的恢復(fù)有限，且不能用于再生吸附了難生物降解有機(jī)污染物質(zhì)的AC ;溶劑法再生AC的損耗較小，但再生不徹底，易造成微孔堵塞，多次再生后的AC吸附性能明顯降低，且該方法的針對性強(qiáng)，不適用于吸附了種類繁多污染物AC的脫附等等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置，利用脈沖放電產(chǎn)生的高能電子、紫外光、高活性化學(xué)物種等物理、化學(xué)綜合效應(yīng)降解吸附于活性炭上的難生物降解有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)活性炭的再生。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的。
[0006]一種脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，包括脈沖電源、反應(yīng)器和載氣系統(tǒng)；所述反應(yīng)器包括上蓋、外筒體和底座，所述外筒體位于上蓋和底座之間，且彼此間連接；所述脈沖電源的輸出端與上蓋所設(shè)高壓端接線口相連，所述載氣系統(tǒng)的輸出端與上蓋所設(shè)進(jìn)氣口相連；所述外筒體內(nèi)部從上到下依次設(shè)有高壓電極、活性炭放置層和地電極。
[0007]進(jìn)一步的，所述高壓電極為高壓針電極，由固定在橡膠塞內(nèi)的不銹鋼注射器針頭組成。
[0008]進(jìn)一步的，所述不銹鋼注射器針頭為七根12#不銹鋼注射器針頭，各針頭間距為20mmo
[0009]進(jìn)一步的，所述活性炭放置層由有機(jī)玻璃圓環(huán)和尼龍網(wǎng)粘制而成，且尼龍網(wǎng)位于有機(jī)玻璃圓環(huán)上面。
[0010]進(jìn)一步的，所述地電極為不銹鋼圓板。
[0011]進(jìn)一步的，所述尼龍網(wǎng)和地電極之間的距離為10mm。
[0012]進(jìn)一步的，所述脈沖電源為正極性窄脈沖旋轉(zhuǎn)火花隙式高壓電源。
[0013]進(jìn)一步的，所述載氣系統(tǒng)包括氣泵和流量計，所述流量計的輸入端連接氣泵，且輸出端連接進(jìn)氣口。
[0014]一種脈沖放電等離子體活性炭再生方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015](I)將待再生的飽和活性炭平鋪于反應(yīng)器的外筒體中的尼龍網(wǎng)上，向反應(yīng)器中注入水，封閉反應(yīng)器；
[0016](2)啟動載氣系統(tǒng)的氣泵，調(diào)節(jié)流量計，閉合系統(tǒng)電路；啟動脈沖電源，脈沖頻率為0-150HZ，調(diào)輸出電壓為0-60kV，使高壓針電極與地電極之間形成流光放電，放電再生時間為 5_60min ；
[0017](3)斷開系統(tǒng)電路，停止氣泵，打開外筒體，取出活性炭，用去離子水沖洗、干燥，即可得再生后活性炭。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(2)中所述高壓針電極(3)的各針頭位于步驟(I)中所述水溶液的液面上方8mm處，所述流量計調(diào)至2L/min，脈沖頻率為50Hz，電壓為15_21kV，放電再生時間為60min。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明所述脈沖放電等離子體再生活性炭方法及裝置，通過設(shè)置脈沖電源、高壓針電極、活性炭放置層、地電極等部件，利用反應(yīng)器中氣-液混合相脈沖放電過程所產(chǎn)生的高活性化學(xué)物種、紫外光效應(yīng)、沖擊波、高能電子轟擊等多種物理、化學(xué)綜合效應(yīng)降解吸附于活性炭上的難生物降解有機(jī)污染物；該裝置操作簡便，再生過程中活性炭損失量小、周期短、效率高、無二次污染，不需進(jìn)行后續(xù)處理即可再次利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明脈沖放電等離子體再生活性炭裝置的示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明裝置中反應(yīng)器的剖視圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明如下:
[0024]圖中:1-高壓端接線口，2-進(jìn)氣口，3-高壓針電極，4-橡膠塞，5-外筒體，6_尼龍網(wǎng)，7-地電極，8-底座，9-出氣口，10-有機(jī)玻璃圓環(huán)，11-接地端接線口，12-脈沖電源，13-反應(yīng)器，14-載氣系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0026]一種脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，包括脈沖電源12、反應(yīng)器13和載氣系統(tǒng)14，脈沖電源12為正極性窄脈沖旋轉(zhuǎn)火花隙式高壓電源，峰值電壓0-60kV且連續(xù)可調(diào)，脈沖頻率0-150HZ且連續(xù)可調(diào)。
[0027]所述反應(yīng)器13包括開有進(jìn)氣口 2的上蓋、外筒體5和底座8，所述外筒體5為內(nèi)徑96mm的有機(jī)玻璃圓筒，位于上蓋和底座8之間，且彼此連接；其內(nèi)部從上到下依次設(shè)有高壓針電極3、活性炭放置層和地電極7。高壓針電極3由七根12#不銹鋼注射器針頭排列而成，并固定在橡膠塞4內(nèi)，各針頭間距為20mm，確保高壓針電極3的針面保持平整，保證放電的均勻性?；钚蕴糠胖脤佑捎袡C(jī)玻璃圓環(huán)10和尼龍網(wǎng)6粘制而成，尼龍網(wǎng)6位于有機(jī)玻璃圓環(huán)10上面；地電極7為直徑80mm，厚度3mm的不銹鋼圓板。
[0028]所述載氣系統(tǒng)14包括氣泵和流量計，流量計的輸入端連接氣泵，其輸出端連接進(jìn)氣口 2，氣體通過外筒體5所設(shè)的出氣口 9排出；脈沖電源11的輸出端與反應(yīng)器13的上蓋所設(shè)高壓端接線口 I相連。
[0029]本實(shí)施例中活性炭再生步驟為:
[0030](I)稱量30g的粒徑為2-4mm的顆粒活性炭加入到500mL的具塞錐形瓶中，向其中加入體積400mL、濃度2000mg/L的酸性橙(A07)溶液，在轉(zhuǎn)速150r/min、溫度25°C的水浴恒溫振蕩器中，振蕩24h至吸附平衡，濾去殘留液，在105°C下烘干6h，制成飽和活性炭。
[0031](2)首先，向反應(yīng)器13中加入65mL的水溶液，調(diào)節(jié)高壓針電極3位于水溶液的液面上方8mm處，將飽和活性炭平鋪于尼龍網(wǎng)6表面上，地電極7和尼龍網(wǎng)6的距離為1mm ；其次，啟動載氣系統(tǒng)14的氣泵，調(diào)節(jié)流量計至2L/min，其中載氣為空氣；閉合電路，啟動脈沖電源12，調(diào)節(jié)脈沖頻率為50Hz，電壓有效值為20.4kV，放電再生60min ;最后，斷開電源，停止氣泵，打開反應(yīng)器13，取出再生后活性炭。
[0032](3)將再生后活性炭用去離子水沖洗三次，在數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱中105°C下烘干6h。
[0033]稱量冷卻后的再生后活性炭，加入到250mL的具塞三角燒瓶中，向其中加入體積10mU濃度250mg/L的A07溶液，吸附120min，以吸附在脈沖放電等離子體再生后活性炭上A07的量與吸附在新原炭上A07的量的比值表示活性炭的再生效率，結(jié)果可達(dá)66.3%。
[0034]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，包括脈沖電源(12)、反應(yīng)器(13)和載氣系統(tǒng)(14);所述反應(yīng)器(13)包括上蓋、外筒體(5)和底座(8)，所述外筒體(5)位于上蓋和底座(8)之間，且彼此間連接；所述脈沖電源(12)的輸出端與上蓋所設(shè)高壓端接線口(I)相連，所述載氣系統(tǒng)(14)的輸出端與上蓋所設(shè)進(jìn)氣口(2)相連；所述外筒體(5)內(nèi)部從上到下依次設(shè)有高壓電極、活性炭放置層和地電極(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述高壓電極為高壓針電極(3)，由固定在橡膠塞(4)內(nèi)的不銹鋼注射器針頭組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述不銹鋼注射器針頭為七根12#不銹鋼注射器針頭，各針頭間距為20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述活性炭放置層由有機(jī)玻璃圓環(huán)(10)和尼龍網(wǎng)(6)粘制而成，且尼龍網(wǎng)(6)位于有機(jī)玻璃圓環(huán)(10)上面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述地電極⑵為不銹鋼圓板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述尼龍網(wǎng)(6)和地電極(7)之間的距離為1mm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述脈沖電源(12)為正極性窄脈沖旋轉(zhuǎn)火花隙式高壓電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖放電等離子體活性炭再生裝置，其特征在于，所述載氣系統(tǒng)(14)包括氣泵和流量計，所述流量計的輸入端連接氣泵，且輸出端連接進(jìn)氣口(2)。
9.一種脈沖放電等離子體活性炭再生方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將待再生的飽和活性炭平鋪于反應(yīng)器(13)的外筒體(5)中的尼龍網(wǎng)(6)上，向反應(yīng)器(13)中注入水溶液，封閉反應(yīng)器(13); (2)啟動載氣系統(tǒng)(14)的氣泵，調(diào)節(jié)流量計，閉合系統(tǒng)電路；啟動脈沖電源(12)，脈沖頻率為0-150HZ，調(diào)輸出電壓為0-60kV，使高壓針電極(3)與地電極(7)之間形成流光放電，放電再生時間為5-60min ； (3)斷開系統(tǒng)電路，停止氣泵，打開外筒體(5)，取出活性炭，用去離子水沖洗、干燥，即可得再生后活性炭。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的脈沖放電等離子體活性炭再生方法，其特征在于，步驟(2)中所述高壓針電極(3)的各針頭位于步驟(I)中所述水溶液的液面上方8_處，所述流量計調(diào)至2L/min，脈沖頻率為50Hz，電壓為15_21kV，放電再生時間為60min。
【文檔編號】B01J20/34GK104475068SQ201410708893
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】王慧娟, 劉永杰, 郭賀, 儲金宇, 依成武 申請人:江蘇大學(xué)