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活性炭的微波制备-再生技术
发布时间:2017-03-11 11:14

目前,世界化学向着更清洁、更环保、更节能的方向发展,其中微波是最具有发展潜力的制备新技术.微波通常是指频率在3×l0 8~3×1 0 1 1 H z的电磁波.目前微波辐射加热常采用的频率为0.9 1 5G H z和2.4 5 G H z.微波加热技术的原理主要是物质同微波偶合.即物质分子偶极振动同微波振动具有相似的频率,在快速振动的微波磁场中,分子偶极的振动尽力同磁场振动相匹配,物质分子吸收电磁能以每秒数十亿次的高速振动而产生热能[8,9].其在化学领域有较多应用[1 0~1 2].

2.1活性炭的微波制备利用微波制备活性炭是

随微波化学应用的进一步研究而展开的.其目的是替代传统加热方式,降低成本.如彭金辉[1 3]等将松木屑与氯化锌溶液混合浸渍,在微波频率为2.4 5G H z,微波最大功率为8 0 0 W条件下辐照,制备得到粉状活性炭.其活性炭的亚甲蓝脱色力优于林业部一级活性炭标准.G u o J ia等[1 4]报道了以棕榈石油焦为原料微波诱导二氧化碳气体活化法制备活性炭的新方法.实验结果表明这是可行的方法.J iY o n gb in等[1 5]在碱活化的化学活化法基础上研究了通过氢氧化钾/沥青焦微波活化制备具有高表面积的活性炭.结果发现微波供热制备的活性炭比表面积可达4 1 0 6 m 2/g,微孔容积达2.3 6 m 3 /g,均高于传统方法制备的活性炭.而W e i L i等[1 6 ]使用碳化烟草茎与K 2 C O 3混合作为原料在微波条件下制备得到活性炭,发现在其碘值达1 8 3 4 m g/g,亚甲基蓝吸附饱和值为51 7.5 m g/g.比表面积和总孔隙体积分别达到2 5 5 7 m 2/g和1.6 4 7 cm 3/g.H o w a rdM等[1 7]以树脂为原料在微波热重分析仪中制备活性炭,结果发现微波加热大大加快了制活性炭的效率.而夏洪应等[1 8]更以紫茎泽兰为原料,碳酸钾为活化剂,采用超声波浸渍,微波辐射法成功制备了性能较好的活性炭.E m in e Y a gm u r等[1 9]以茶叶/磷酸为原料通过微波制备得到活性炭,发现比表面积由传统方法制备的9 2 8.8 m 2/g增加到1 1 5 7 m 2/g.

表明用微波加热制备活性炭优于传统方法.

微波制备活性炭是基于传统加热制备的基础发展的,与传统加热方法相比较,微波辐照法制取活性炭不仅极大地缩短了时间,有更显著的多孔结构,内部表面积也更加扩大.即微波辐照下可制取优质活性炭.

2.2活性炭的微波再生微波辐照再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术.其原理是以电为能源,利用微波辐照加热实现再生.这一再生又分吸附-再生过程分离过程与吸附-再生过程同步情况下的微波再生.

一是吸附-再生过程分离条件下的微波再生.L iu X ita o等[2 0]研究了微波辐射协助下氯酚的分解和颗粒活性炭再生的过程.发现当微波功率为8 5 0 W照射1 0 m in后,大多数的氯酚被分解形成二氧化碳,水和氯化氢或紧紧与活性炭相结合,只有不到2%的氯酚转化成的中间体蒸发出来.并分析出了一些脱氯和脱羟基化产品.还发现活性炭经吸附/微波辐射再生周期后,其吸附能力如比表面积、碘值和五氯苯酚吸附等温线等可以保持一个比较高的水平,甚至高于未使用的活性炭.他们还通过使用颗粒活性炭对2,4,5∃三氯二联苯进行洗涤和微波活性炭再生以模拟土壤吸附实验[2 1],结果发现经过数个吸附/微波再生周期后,活性炭的吸附率增加,而吸附能力下降.在活性炭微波再生过程中,大部分2,4,5-三氯二联苯在3 m in即被降解.X ie Q u a n等[2 2]研究了3种不同原料制备的颗粒活性炭在吸附酸性橙7后的微波辐射再生性能.

结果发现,经过吸附-微波辐射再生的循环,活性炭的吸附率和容量可以保持相对较高的水平,甚至高于未使用的活性炭.C.O.A n ia等[2 3]探讨了应用于制药工业废水中水杨酸吸附的活性炭的微波应用的再生.发现其在高温和氧化的气氛中循环6个周期后的再生效率高达9 9%.再生效率明显优于传统加热4 5 0℃条件下的9 5%.二是吸附-再生过程同步情况下的微波再生.吸附再生同时进行的过程又分为在溶液条件下和固相条件下进行.Zha n g Zha o ho n g[2 4]等在在溶液条件下使用活性炭粉末通过微波辐射对刚果红进行降解,结果发现在2.0 g/L的活性炭粉1.5 m in微波辐射条件下2 5 m L 5 0 m g/L的刚果红的降解率

可达到8 7.7 9%.在相同的照射时间下增加活性炭粉末的加入量达3.6 g/L时,刚果红的降解率达9 6.4 9%.再延长照射时间到2.5 m in时,刚果红的降解率可达9 7.8 8 %.并适合大规模处理各种偶氮染料废水.而H u a-S ha n T a i[2 5]、C hih-J u G.J o n[2 6]等还在颗粒活性炭填充床反应器上应用微波辐射场处理有机化合物.结果发现在微波辐射场作用下有机物能达到极低水平.且已使用的活性炭在性能方面高于从未使用过的新制活性炭.

不同种类活性炭的电磁学物性表现有一定差异[2 7].但总体来说,活性炭吸附与微波辐射降解表明许多优点,包括高降解率,反应时间短,成本低,没有中间体和无二次污染.其原因的可能是微波加热使被加热物能在短时间内达到极高温度,导致其中异物质挥发较为充分.其深层间原因可能源于微波照射更有效地保存了多孔结构的再生、修改了孔径分布及表面的化学特性[2 8].

2.3以活性炭为载体的催化剂的微波反应处理固载的催化剂的制备及活化处理长期以来是困扰应用的一大难题.而以活性炭为载体的催化剂的处理可较为容易的完成这一过程.总体来说,微波处理活性炭固载的催化剂主要是去除非有效成分,达到更纯、更细、更有效的目的.郑晓玲等[2 9]研究以活性炭载体的微波处理对氨合成催化剂R u/C催化性能的影响,结果发现活性炭经微波处理后能有效地脱除非碳成分,提高炭载体的稳定性.通过该方法制备的负载型钌催化剂不仅具有较高的分散度,而且在一定温度范围内能够防止金属粒子烧结,从而使催化剂的活性和稳定性明显提高.张劲松等[3 0]研究了微波诱导甲烷在活性炭/碳化硅上直接转化制C 2烃,发现当使用合适的微波作用条件时,微波加热与微波等离子协同作用可使甲烷在多孔碳化硅担载的活性炭催化剂上以很高的转化率和选择性直接转化为乙炔.L i W e i[3 1]等研究提取锌的废催化剂的微波辐射处理.实验结果表明,未经微波辐射处理的废催化剂主要是由醋酸锌和活性炭,但被处理的微波辐射处理的主要是由碳和氧化锌,而氧化锌是吸附表面和孔隙的废催化剂,因此微波辐射可提高废催化剂活性,提高锌的浸出率.H isao H ida ka等[3 2]研究由亚阴离子在水溶液中碱性介质中存在的钯负载活性炭的氯苯微波辅助脱氯反应.结果发现微波介质加热大大减少氯苯的含量.L iu Y a z i等[3 3]研究微波催化辐射炭表面沉积二氧化钛的情况,发现利用微波辐射能生成统一的锐钛型二氧化钛,且提高纳米二氧化钛的含量.A kira M iya zaw a等[3 4]还研究了胺在Pt/C催化剂微波辐射下的转化,发现伯胺能较为简便地转化为仲胺.

3 结语

制备工艺条件改进提高了活性炭的吸附性能,

使其应用领域不断扩大.微波在耗能上比传统方式更突出,而且具有设备简单,在制造方面更是大大节约了反应时间,提高了工业生产的周期,能提供更大的效益.如果把微波和其它技术如超声波[1 8]、紫外[3 5]等相结合,能提供一种更为快捷、更简便的活性炭制备-再生方法.但目前微波还没有在工业生产中得到广泛应用,如果要把微波在活性炭制备、再生和相关工业生产中得到应用还需要更多的研究.

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